【摘 要】
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在现代无线应用领域,传统工程应用需要在尺寸有限的平台内安装多副天线。将多个天线的功能由单个或少量天线来实现,同时保证各子系统的正常工作,是工程应用中亟待攻克的“瓶颈”技术之一,也是论文欲解决的主要问题。论文介绍了两种天线共口径设计难题的解决方法,第一种为使用频率可重构天线,利用射频开关控制天线结构,改变天线口径场分布,从而完成多种天线功能。第二种为直接使用宽带天线覆盖多个天线的工作频带,降低无线系
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在现代无线应用领域,传统工程应用需要在尺寸有限的平台内安装多副天线。将多个天线的功能由单个或少量天线来实现,同时保证各子系统的正常工作,是工程应用中亟待攻克的“瓶颈”技术之一,也是论文欲解决的主要问题。论文介绍了两种天线共口径设计难题的解决方法,第一种为使用频率可重构天线,利用射频开关控制天线结构,改变天线口径场分布,从而完成多种天线功能。第二种为直接使用宽带天线覆盖多个天线的工作频带,降低无线系统所需的天线数量。论文研究内容可概括为:1、提出了一种超宽频率跨度天线阵列的设计方法,设计了 100阵元宽带双极化频率可重构天线阵列。首先使用宽带印刷对称振子天线作为天线单元,通过控制射频开关改变振子臂长度,实现了15倍频程频率可重构天线线阵。在此基础上,采用共口径天线阵列布局方法,保证了合理的阵列单元间距,解决了超宽带天线阵列设计难题,完成了宽带双极化频率可重构天线阵列设计。2、对宽带定向天线的小型化技术展开研究。首先提出了一种基于Γ形馈电结构的小型化宽带定向天线设计方法。通过延长水平贴片激发高频磁偶极子模式,并在地板边缘加载了一组垂直短路贴片,天线低频处产生了新的磁偶极子模式,在提升阻抗带宽的同时实现了小型化。天线电压驻波比小于1.5的阻抗带宽为100%,带内保持了对称的定向辐射方向图与低交叉极化,天线尺寸仅为0.67λ×0.67λ ×0.19λ（λ为阻抗带宽中心频率处的自由空间波长）。其次,为进一步降低宽带定向天线的剖面高度,提出了一种新型低剖面缝隙耦合馈电结构,将水平贴片向内侧延伸后,天线剖面高度降低了 31%,仅为0.14λ。同时,天线低频处产生了新的谐振点,阻抗带宽提升至84.4%,带内定向辐射特性良好。3、对宽带天线的波束展宽方法进行研究。首先提出了一种使用互补原理提高短锥削槽天线半功率波束宽度的设计方法。通过在短锥削槽天线贴片表面蚀刻多组细槽引入了等效磁偶极子,并将贴片形状修改为“翼形”,有效提高了天线半功率波束宽度。天线在43%的方向图带宽内E面与H面半功率波束宽度均大于135度。其次研究了使用背腔结构提高圆极化天线波束宽度的方法。利用十字振子天线与环状微带移相结构实现了圆极化辐射特性,并通过特殊的背腔设计改变天线不同频段的电流分布,在实现天线的阻抗带宽与轴比带宽提高的同时展宽了天线波束宽度。该天线在66.7%的方向图带宽内,半功率波束宽度与3 dB轴比波束宽度均大于116度。4、对超宽带定向天线进行研究。首先提出了一种结构简单的超宽带磁电偶极子天线设计方法,天线由一块介质基板与一对振子臂组成,使用阶梯形微带-槽转换巴伦将阻抗带宽提升到124%。通过将垂直贴片倾斜放置,并在底部切去一个矩形,天线在超宽带频段内法向增益提高到9.1±1.4dBi,信号保真度高,可用于超宽带通信系统。其次,为了消除超宽带定向天线特定频率处的法向增益零点,分别使用曲面金属反射器与频率选择表面加载的反射器对天线进行了改进。测试结果表明,这两款天线分别在123%与126%的阻抗带宽内保持了稳定的法向增益。论文结尾给出了研究成果并指出了待进一步研究的问题。
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