【摘 要】
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天线是通信和雷达系统的必要和关键组件,但有时它们无法适应新的工作场景从而限制了其系统性能。可重构天线作为当今天线理论设计的热门课题之一,由于其自身的可重构特点,使天线设计能够满足日益多变的外部环境,并适应了当代对通讯信道多样化,高效率的需求。另外,含有高阻抗表面（High Im p ed an c e S u r fa c e,H IS）等的电磁带隙结构（E l e ct ro m ag n et
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天线是通信和雷达系统的必要和关键组件,但有时它们无法适应新的工作场景从而限制了其系统性能。可重构天线作为当今天线理论设计的热门课题之一,由于其自身的可重构特点,使天线设计能够满足日益多变的外部环境,并适应了当代对通讯信道多样化,高效率的需求。另外,含有高阻抗表面（High Im p ed an c e S u r fa c e,H IS）等的电磁带隙结构（E l e ct ro m ag n et i c B an d Ga p S t ru ct u r e,E B G）,也因为具有可以在特定的波段区域内产生同相位反射的功能,目前已经应用在了天线设计领域。而这种新型天线结构相对于传统的天线来说,有着更良好的设计特性。本文从圆形高阻抗表面（Circular High Impedance Surface,CHIS）在天线应用出发,并结合最大功率传输效率法（MMPTE）,根据实际应用需求设计了四种基于圆形高阻抗表面的可重构多端口环形天线以用于5G微基站系统。1.设计了一种基于圆形高阻抗表面的无源四端口方向图可重构天线,天线工作在3.5 GHz,该天线由四单元的圆形高阻抗表面和四端口的环形天线组成,并采用耦合馈电机制。通过控制四个相对放置的馈电端口的通断,可以得到四个倾斜角为θ=15°,最大实际增益为6.3 d Bi的波束。而且所出的天线具有小型化的优势（总体积:π×0.37~2×0.08λ0~3=0.031λ0~3（λ0为3.5 GHz所对应的自由空间的波长））。2.考虑到单一的可重构特性天线的应用局限性,本文出了第二种基于圆形高阻抗表面的有源四端口极化和方向图可重构天线。该天线仅在第一种天线的基础上增加了导向器和金属柱,并对天线尺寸进行了优化,最后结合最大功率传输效率法（MMPTE）,使得天线在低剖面的情况下（剖面高度0.08λ0）可以控制其波束指向最大可扫到θmax=30°,且实际增益大于7.19 d Bi。另外,该天线还可以实现极化可重构特性,且任意极化状态下的有源阻抗匹配带宽重合,实际增益均保持在7.61 d Bi。3.在上述研究的基础上,拓展设计了两种基于圆形高阻抗表面的有源多端口极化可重构天线。两种极化可重构天线均工作在3.5 GHz,剖面均小于0.11λ0,并且都可以在主辐射方向上实现左旋圆极化（LHCP）、右旋圆极化（RHCP）和方位角平面任意角度线极化（LP）模式之间切换。不同点在于第一种为三端口环形天线与六单元的圆形高阻抗表面相结合,使用最大功率传输效率法（MMPTE）,获得3.5 GHz频率下的最优激励分布,以实现极化可重构特性。第二种为正交放置的两端口环形天线与四单元的圆形高阻抗表面相结合,基于正交线极化波合成原理,实现极化可重构特性。
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