【摘 要】
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随着5G通信技术的快速发展,对微波元件的设计要求也更加严格(比如小型化、多功能集成、可重构、波束扫描、较宽的工作带宽等)。本文以5G通信技术为背景,对滤波天线和方向图可重构天线的理论进行分析,对其技术和设计方法进行研究。运用专业仿真软件对所提出的天线模型进行仿真并优化,并对最终优化后性能良好的圆极化滤波天线和方向图可重构天线制作了原型样品,并测试了其性能,验证了设计的有效性。本文的主要研究内容有:
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随着5G通信技术的快速发展,对微波元件的设计要求也更加严格(比如小型化、多功能集成、可重构、波束扫描、较宽的工作带宽等)。本文以5G通信技术为背景,对滤波天线和方向图可重构天线的理论进行分析,对其技术和设计方法进行研究。运用专业仿真软件对所提出的天线模型进行仿真并优化,并对最终优化后性能良好的圆极化滤波天线和方向图可重构天线制作了原型样品,并测试了其性能,验证了设计的有效性。本文的主要研究内容有:1)首先简要介绍了有关滤波天线和方向图可重构天线基本理论,然后介绍了圆极化滤波天线的实现方法,即用圆极化天线结构替换双模腔体滤波器的最后一级腔体从而得到一个圆极化滤波天线。另外,对互补天线的原理、介质谐振器天线以及方向图可重构性技术的相关知识进行简单的描述。同时,对介质谐振器中的模式也做了简要的分析。2)提出了一种新型的基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)平面圆极化(Circularly-Polarized,CP)滤波天线。该设计使用基于TE102和TE201模式的双模腔结构。该天线通过两个SIW腔体组成的耦合谐振电路实现了良好的滤波性能。同时,天线的辐射元件为一个背腔CP环形槽天线,由与输出腔集成在一起的不均匀环形槽构成。为验证这个想法,设计出一个X波段的原型天线,并进行了加工和测量。测量结果显示,所提出的天线可以同时提供良好的滤波和CP辐射性能。3)提出了一种基于环形介质谐振器的可实现全方位面覆盖的方向图可重构天线。通过组合单极子耦合介质谐振器天线(等效于电偶极子)和槽耦合介质谐振器天线(等效于磁偶极子)来实现方向图可重构的功能。使用两个馈电端口和六对PIN二极管来控制三条交叉缝隙。因此,可以实现六种不同状态的辐射方向图可重构,以覆盖360°方位面。本文所提出的方向图可重构天线工作在2.9GHz,定向辐射方向图的半功率波束宽度为135°,10-d B阻抗带宽达17.58%,最大增益也达到了4.33d Bi。另外,我们采用同样的馈电机制,利用介质谐振器中的高次模11 2HEM?(10)模式设计出了能够覆盖整个45°俯仰面的方向图可重构天线,通过理论分析和仿真优化,实现了良好的天线性能。
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