認(rèn)知無線電中超寬帶與頻率可重構(gòu)天線的研究.pdf

1、無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展引起了頻譜資源的日益緊缺。為了提高頻譜利用率，認(rèn)知無線電（Cognitive Radio，CR）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。通過頻譜感知，CR系統(tǒng)可以檢測出當(dāng)下未被使用的頻譜，并調(diào)整其工作參數(shù)使用該空閑頻譜進(jìn)行通信。具體到硬件層面，CR系統(tǒng)需要一個(gè)寬帶全向天線不斷的感知頻譜環(huán)境，檢測頻譜孔，同時(shí)需要一個(gè)頻率可重構(gòu)天線，根據(jù)所分配頻譜的變化而動(dòng)態(tài)改變工作頻率，實(shí)現(xiàn)通信功能。本文圍繞認(rèn)知無線電系統(tǒng)所需的兩大類天線——超寬帶天線和頻率

2、可重構(gòu)天線開展了深入研究，設(shè)計(jì)、加工并測試了多種新型超寬帶天線和頻率可重構(gòu)天線，有效地解決了當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中所存在的一些關(guān)鍵問題。
　　具體來說，本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面：
　　1.提出了三種小型化超寬帶天線。前兩種天線采用在地板上加載折疊枝節(jié)的方法來延長電流路徑，縮小天線體積。第三種天線通過優(yōu)化地板和輻射單元形狀，不僅實(shí)現(xiàn)了小型化，還展寬了天線的阻抗帶寬。
　　2.提出了五種具有多陷波特性的超寬帶天線。通過刻蝕縫

3、隙和添加寄生枝節(jié)的方法，分別實(shí)現(xiàn)了雙陷波、三陷波和四陷波特性。為了更好地理解陷波的產(chǎn)生機(jī)理，利用分布元件和集總元件等效電路模型對(duì)雙陷波超寬帶天線進(jìn)行了詳細(xì)的分析。此外，還設(shè)計(jì)了一種能同時(shí)應(yīng)用于GSM、Bluetooth和超寬帶頻段，并且具有雙陷波特性的單極子天線。這幾種天線結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，陷波可以獨(dú)立調(diào)節(jié)。
　　3.提出了四種具有高選擇性陷波的超寬帶天線。目前大部分陷波超寬帶天線所實(shí)現(xiàn)的陷波帶寬過寬，會(huì)造成有用頻段的浪費(fèi)，尤其

4、是低段與高段 WLAN之間的頻段(5.35-5.725GHz)?；谝恍┬滦椭C振結(jié)構(gòu)，比如交指電容加載諧振環(huán)、互補(bǔ)交指電容加載諧振環(huán)和蘑菇型電磁帶隙結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了四種具有高選擇性陷波的小型化超寬帶天線。這些諧振結(jié)構(gòu)具有較高的Q值，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更低的陷波頻率和更窄的陷波帶寬，有效地濾除了干擾信號(hào)并避免了有用頻段的浪費(fèi)。
　　4.提出了一種具有可調(diào)陷波的超寬帶天線。傳統(tǒng)的超寬帶天線一旦加工完成，所實(shí)現(xiàn)的陷波頻段也就固定了下來。然

5、而實(shí)際的干擾信號(hào)會(huì)隨著時(shí)間和空間的改變而隨時(shí)變化，針對(duì)這一問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種具有可調(diào)陷波的超寬帶天線。通過在開口諧振環(huán)上加載變?nèi)荻O管，實(shí)現(xiàn)了陷波頻段的連續(xù)可調(diào)，使天線能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的干擾環(huán)境。
　　5.提出了基于領(lǐng)結(jié)形(bow-tie)天線的頻率可重構(gòu)設(shè)計(jì)。利用開關(guān)二極管和變?nèi)荻O管等電子器件，設(shè)計(jì)了兩種頻率可重構(gòu)天線單元和一種頻率可重構(gòu)天線陣列。第一種天線結(jié)合使用PIN二極管和變?nèi)荻O管，實(shí)現(xiàn)了大范圍的頻率連續(xù)可調(diào)，可調(diào)范

6、圍從3.04GHz到5.89GHz。第二種天線使用多個(gè)PIN二極管，使工作頻段在Bluetooth、WiMAX和WLAN三個(gè)頻段離散可調(diào)。該設(shè)計(jì)使用的新型饋電網(wǎng)絡(luò)可以減少直流引線的數(shù)量，并且使饋電網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)離天線的輻射體，避免了其對(duì)天線輻射特性的影響。此外，我們還設(shè)計(jì)了一種頻率可重構(gòu)天線陣列，同樣使用新型饋電網(wǎng)絡(luò)來控制陣列中的PIN二極管。該陣列具有結(jié)構(gòu)緊湊，偏置電路簡單和易于集成的優(yōu)點(diǎn)。此外，在整個(gè)頻率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，兩種天線單元和陣列都保持