论文部分内容阅读
近些年来可重构天线已经成为天线领域研究的热点，本论文主要研究频率选择表面等人工媒质在可重构天线中的应用。通过将有源器件引入到频率选择表面等人工媒质单元中，实现对入射波幅度以及相位的调制，并将单元应用于Fresnel区板透镜天线，形成可重构透射式Fresnel区板透镜天线。同时本文探究了可调谐人工磁导体在天线领域的若干应用以及将介质板波导设计方法应用于牛眼天线设计的可行性。
首先，本文研究了将有源人工媒质与Fresnel区板原理相结合，形成波束扫描角度、波束宽度以及工作频率三个自由度可重构的一维可重构天线设计。基于电磁感应透明人工媒质，设计出的人工媒质单元可实现S波段300MHz可调整工作带宽。然后基于此单元，结合Fresnel区板原理，形成的可重构Fresnel区板天线经过实测，具备了±60°波束扫描范围、9°-78°波束宽度调整范围以及300MHz工作频率重构范围，实现了天线自由度等性能上的提高。
然后，本文研究了将有源频率选择表面与Fresnel区板透镜原理相结合，形成可重构一维Fresnel区板透镜天线。基于二阶带通滤波器的工作原理，通过使用变容二极管，形成了宽频带内180°移相单元。然后基于此单元，利用Fresnel区板透镜原理，结合180°相位补偿方法，形成的可重构Fresnel区板透镜天线经过实测，其口径效率比三自由度可重构天线提高了3.5倍，具备了在S波段上±50°波束扫描范围，800MHz工作频率重构范围。
接着，本文研究了利用有源频率选择表面与Fresnel区板透镜原理相结合，形成可重构二维Fresnel区板透镜天线。对上述单元进行结构改造，将单一的感性层改造为双层感性层，使用埋孔代替之前的感性层的孔。感性层之间用于布设单元的直流偏置线，使用通孔将偏置线与表层的变容二极管相连。利用此单元构成工作在C波段的可重构二维Fresnel区板透镜天线可实现双扫描方向上±45°波束扫描范围，1GHz工作频率重构范围。口径效率相比一维情况提高了50%。
随后，本文研究了使用Fresnel区板原理指导设计低剖面一维波束扫描天线。该天线使用功分移相网络以及固定相位移相线形成一维近柱面波幅度相位分布，然后引入1-Bit移相器以及亚波长尺度天线单元，根据Fresnel区板原理形成0-π相位补偿的条纹，实现波束扫描等功能。实测表明该低剖面天线可实现一维±50°波束扫描范围。
最后，本文研究了双频带可调谐人工磁导体单元，并将其应用于双频带天线反射板设计；以及初步研究了基于PCB工艺的牛眼天线。对经典人工磁导体结构单元双频化改造，将不同的介质组合引入到介质层中，通过改变单元结构的等效电感，进而实现两个频段上相对独立调谐。然后使用单元构建双频带可调谐Wi-Fi角反射器。使用棒状路由器天线的实测结果表明，在2.4GHz与5GHz频段上，反射器调谐范围均大于300MHz，增益提升幅度分别为6dB与5dB。并初步研究了基于PCB工艺的牛眼天线设计。通过借鉴介质板波导的设计原理，将金属过孔阵列与金属贴片相结合，代替传统牛眼天线的纯金属结构，形成周期凹槽。仿真结果表明，基于PCB工艺的牛眼天线，可实现15dBi的增益，初步验证了方案可行性。
首先，本文研究了将有源人工媒质与Fresnel区板原理相结合，形成波束扫描角度、波束宽度以及工作频率三个自由度可重构的一维可重构天线设计。基于电磁感应透明人工媒质，设计出的人工媒质单元可实现S波段300MHz可调整工作带宽。然后基于此单元，结合Fresnel区板原理，形成的可重构Fresnel区板天线经过实测，具备了±60°波束扫描范围、9°-78°波束宽度调整范围以及300MHz工作频率重构范围，实现了天线自由度等性能上的提高。
然后，本文研究了将有源频率选择表面与Fresnel区板透镜原理相结合，形成可重构一维Fresnel区板透镜天线。基于二阶带通滤波器的工作原理，通过使用变容二极管，形成了宽频带内180°移相单元。然后基于此单元，利用Fresnel区板透镜原理，结合180°相位补偿方法，形成的可重构Fresnel区板透镜天线经过实测，其口径效率比三自由度可重构天线提高了3.5倍，具备了在S波段上±50°波束扫描范围，800MHz工作频率重构范围。
接着，本文研究了利用有源频率选择表面与Fresnel区板透镜原理相结合，形成可重构二维Fresnel区板透镜天线。对上述单元进行结构改造，将单一的感性层改造为双层感性层，使用埋孔代替之前的感性层的孔。感性层之间用于布设单元的直流偏置线，使用通孔将偏置线与表层的变容二极管相连。利用此单元构成工作在C波段的可重构二维Fresnel区板透镜天线可实现双扫描方向上±45°波束扫描范围，1GHz工作频率重构范围。口径效率相比一维情况提高了50%。
随后，本文研究了使用Fresnel区板原理指导设计低剖面一维波束扫描天线。该天线使用功分移相网络以及固定相位移相线形成一维近柱面波幅度相位分布，然后引入1-Bit移相器以及亚波长尺度天线单元，根据Fresnel区板原理形成0-π相位补偿的条纹，实现波束扫描等功能。实测表明该低剖面天线可实现一维±50°波束扫描范围。
最后，本文研究了双频带可调谐人工磁导体单元，并将其应用于双频带天线反射板设计；以及初步研究了基于PCB工艺的牛眼天线。对经典人工磁导体结构单元双频化改造，将不同的介质组合引入到介质层中，通过改变单元结构的等效电感，进而实现两个频段上相对独立调谐。然后使用单元构建双频带可调谐Wi-Fi角反射器。使用棒状路由器天线的实测结果表明，在2.4GHz与5GHz频段上，反射器调谐范围均大于300MHz，增益提升幅度分别为6dB与5dB。并初步研究了基于PCB工艺的牛眼天线设计。通过借鉴介质板波导的设计原理，将金属过孔阵列与金属贴片相结合，代替传统牛眼天线的纯金属结构，形成周期凹槽。仿真结果表明，基于PCB工艺的牛眼天线，可实现15dBi的增益，初步验证了方案可行性。