【摘 要】
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由于无线通信技术的广泛应用与快速发展,电磁频谱利用率日趋饱和,故要求无线通信设备在不同复杂场景下具备宽频带、多制式兼容的能力,而天线作为无线通信系统中的关键模块之一,同样需要具备宽带且兼容多种通信标准的能力,故研究宽带可重构阵列天线具有重要意义。目前,可重构阵列天线的研究主要集中于频率重构、极化重构以及方向图重构这三个方向,但对于宽带情况下的频率重构、极化重构以及方向图重构研究不多,且频率、极化和
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由于无线通信技术的广泛应用与快速发展,电磁频谱利用率日趋饱和,故要求无线通信设备在不同复杂场景下具备宽频带、多制式兼容的能力,而天线作为无线通信系统中的关键模块之一,同样需要具备宽带且兼容多种通信标准的能力,故研究宽带可重构阵列天线具有重要意义。目前,可重构阵列天线的研究主要集中于频率重构、极化重构以及方向图重构这三个方向,但对于宽带情况下的频率重构、极化重构以及方向图重构研究不多,且频率、极化和方向图中任意两种组合重构或三者均可重构的研究也较少。因此,本文对宽带可重构阵列天线系统进行研究,具体研究内容如下:(1)针对目前极化重构状态较少和轴比带宽较窄的问题,本文融合微带贴片天线、缝隙耦合结构和威尔金森功分器,提出了一款2*2宽带极化可重构阵列天线。首先利用特征模式理论分析微带矩形贴片天线的潜在带宽、方向性系数以及辐射模式;再通过缝隙耦合馈电实现宽带特性;最后控制威尔金森功分器的馈电相位差,实现三种极化状态重构。测试结果表明,该阵列天线工作在线极化状态时的带宽为4.38-5.72GHz,峰值增益为7.9d Bi;左旋圆极化时的3d B轴比带宽为4.32-5.6GHz,工作带宽为4.04-5.44GHz,二者重叠部分的相对带宽为23%,峰值增益为5.5d Bi;右旋圆极化时的3d B轴比带宽为4.25-5.72GHz,工作带宽为4.04-5.44GHz,二者重叠部分的相对带宽为24.6%,峰值增益为5.2d Bi。此外,三种极化状态的重叠带宽为4.38-5.44GHz。设计的可重构阵列天线具有低剖面、多极化状态、宽频带、馈电网络紧凑的特点,可应用于5G频段下多通信标准兼容的车载通信与导航中。(2)针对目前馈电网络复杂、阻抗带宽和扫描范围均较小等问题,通过融合四个八边形微带贴片单元和十二个寄生贴片,提出了一款1*4的频率与方向图同时可重构阵列天线。首先通过特征模式分析八边形贴片天线的特征电流,得出天线单元上不同的馈电位置对初始电流相位的影响;再利用天线单元初始电流相位差的不同组合,实现五种辐射方向切换;最后通过加载变容二极管实现频率可重构。测试结果表明,该阵列天线方向图可在0°、±15°、±25°、±30°和±55°方向上离散重构,五种辐射状态下的工作频段误差保持在100MHz以内,其频率可调谐范围为3.5-4.5GHz左右,相对带宽达到23%以上。此阵列天线具有频率可调谐范围大、覆盖范围大的特点,可应用于室内通信或基站通信中。
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