方向圖可重構(gòu)天線單元及其在陣列中的應(yīng)用研究.pdf

1、天線是無(wú)線信息系統(tǒng)不可缺少的部分。當(dāng)前無(wú)線信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)天線系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求，如期望天線單元具有寬波束、寬頻帶、高增益特性而陣列具高增益、低副瓣電平特性等。大量研究表明，這些要求對(duì)于基于傳統(tǒng)技術(shù)的天線及陣列設(shè)計(jì)而言，是非常具有挑戰(zhàn)性的。為此，人們不斷探索各種天線新概念與新技術(shù)，以突破相關(guān)難題。近年來(lái)，可重構(gòu)天線概念被提出來(lái)了。它通過(guò)調(diào)整集成于通用輻射孔徑中的諸如開關(guān)、變?nèi)荻O管等狀態(tài)可控器件的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)天線性能的重構(gòu)。

2、由于可重構(gòu)天線釋放出了新的設(shè)計(jì)自由度，極大地?cái)U(kuò)展了傳統(tǒng)天線及陣列設(shè)計(jì)解空間，為提升天線及陣列特性提供了巨大潛能，同時(shí)也為天線及其陣列設(shè)計(jì)帶來(lái)了一系列新的課題。本文圍繞方向圖可重構(gòu)天線單元及其在平面/共形陣列中的應(yīng)用展開了系統(tǒng)而深入的研究，取得了一系列創(chuàng)新性成果。本文的主要工作簡(jiǎn)介如下。
　　第一章，闡述了可重構(gòu)天線及其陣列的研究背景，系統(tǒng)地回顧了方向圖可重構(gòu)天線及陣列的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，介紹了本文的主要研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排。
　

3、　第二章，研究和設(shè)計(jì)了三款方向圖可重構(gòu)天線單元。第一款是二極管開關(guān)加載的方向圖可重構(gòu)微帶八木天線，良好地解決了開關(guān)直流偏置網(wǎng)絡(luò)與天線輻射體之間的電磁兼容問(wèn)題；第二款是具有低交叉極化特征的改進(jìn)型方向圖可重構(gòu)微帶八木天線，為解決共形陣列的高交叉極化缺陷提供了基礎(chǔ)。第三款天線是一個(gè)太陽(yáng)光輻射式的方向圖可重構(gòu)Hilbert天線，該天線能在多個(gè)平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)方向圖重構(gòu)，通過(guò)波束切換其波束幾乎可以連續(xù)地覆蓋整個(gè)上半空間，且有寬帶優(yōu)勢(shì)。
　　第三章

4、，詳細(xì)分析了加載可變電抗的二元陣列方向圖、振子表面電流相位和加載電抗值之間的關(guān)系，研究了方向圖可重構(gòu)機(jī)理，在此基礎(chǔ)上提出了一種方向圖可重構(gòu)天線的高效設(shè)計(jì)方法。從具體研究的加載二元陣列出發(fā)，提取了陣列輻射特性一般分析模型，通過(guò)系列分析指出，通過(guò)對(duì)具有差波束特征的原天線加載可變電抗以實(shí)現(xiàn)波束重構(gòu)是方向圖可重構(gòu)天線快速設(shè)計(jì)的一種有效方法，并依照此方法設(shè)計(jì)了幾種方向圖可重構(gòu)天線單元，驗(yàn)證了該方法的實(shí)用意義。
　　第四章，通過(guò)研究方向圖可重

5、構(gòu)天線單元與平面/共形陣列波束特性之間的聯(lián)系，提出了基于方向圖可重構(gòu)天線的大角度范圍掃描陣列新方案，極大地提高了陣列波束掃描特性。首先從陣列天線理論出發(fā)，推導(dǎo)并闡述了陣列方向圖綜合中如有源單元方向圖等幾個(gè)容易混淆的概念。其次，將方向圖可重構(gòu)單元應(yīng)用到平面/共形陣列中，系統(tǒng)研究了陣列布陣方式、陣元工作狀態(tài)，并基于有源單元方向圖方法對(duì)陣列方向圖進(jìn)行綜合，理論及原理實(shí)驗(yàn)表明新型方向圖可重構(gòu)陣列能夠?qū)崿F(xiàn)陣列大角度范圍波束掃描。最后，通過(guò)對(duì)多個(gè)微

6、帶八木天線的寄生振子加載可變電抗的研究，提出了建立大角度范圍波束掃描的大規(guī)模的可重構(gòu)天線陣列的方法。
　　第五章，提出了混合蔓延野草和粒子群演繹算法，為方向圖可重構(gòu)陣列的綜合提供了快捷高效的方法。以微帶共形天線陣列為例，驗(yàn)證了該算法在陣列綜合方面的優(yōu)勢(shì)，即該綜合方法既吸收了蔓延野草算法的優(yōu)勢(shì)又具有粒子群演繹算法的優(yōu)勢(shì)。該方法在第四章中的方向圖可重構(gòu)天線平面/共形陣列的方向圖綜合中得到了很好的應(yīng)用，展示了其高效的優(yōu)化性能和解決電磁問(wèn)