可重构天线设计和实现VIP专享VIP免费

可重构天线设计近年来，无线通信技术得到飞速发展，系统对天线性能的要求越来越高。大容量、多功能、超宽带是目前无线通信系统发展的重要方向，为了提高系统容量，下一代无线通信将更多的考虑采用MIMO技术。MIMO技术指的是利用多个发射天线和多个接收天线进行无线传输的技术，在分集技术出现后多径效应在MIMO系统中作为一个有利因素被加以利用，从而改善了每一个用户的服务质量及提高了频谱利用率。但是，随着使用天线数目的增加，通信系统的整体成本和重量也随之增加，而且会带来电磁兼容方面的问题，使得MIMO技术实现的复杂度和成本大幅度增高，不能充分发挥其技术优势。技术相对成熟的相控阵天线又存在馈电网络复杂、需增加移相器以及由此造成的高成本和高技术难度等缺点。可重构天线在这种背景下应运而生。可重构天线就是采用同一个天线或天线阵，通过引入开关器件控制天线的辐射结构来实现工作模式的转换，使其具有多个天线的功能。这种天线能够根据应用需求改变其关键特性参数，如工作频率、辐射方向图、极化方式、雷达散射截面和输入阻抗等，具有不用人工干预，便于控制等特点。可重构天线为天线技术的发展带来了一次革命，为提高无线通信系统容量、扩展系统功能、增加系统工作带宽、实现软件无线电等方面提供重要的技术保障，将对无线通信技术带来深远的影响。可重构天线按照功能可分为频率可重构天线、方向图可重构天线、频率和方向图同时可重构天线、极化可重构天线等。方向图是天线的一个重要特性，在军民用雷达、智能武器制导、无线通信等系统中要求天线具有方向图可控性，因此，方向图可重构天线是可重构天线研究的重要方向。1可重构天线基本原理天线设计是一个很复杂的电磁问题,虽然天线的种类形形色色,但其本质归根到底就是设计一个具有特定电流分布的辐射体。天线所要求的各个参数都是由其辐射体或包围辐射体的封闭面上的电流分布决定的。可重构天线作为一种新型的天线,之所以可以重构天线的参数、具有可切换的不同的工作模式,其本质也就是通过改变天线的结构进而改变天线的电流分布来实现的。因此,可重构天线的设计需要高效的电磁分析手段,而不是等同于多个传统天线的简单叠加。目前在可重构天线设计的电磁分析中广泛使用的方法有:时域有限差分法(FDTD)、有限元法(FEM)、边界元法(BEM)、矩量法(MOM)等。特别是FDTD,由于它具有建模容易、计算时间短、对电磁特性模拟精确等优点,因此在可重构天线的设计中有很大的应用价值。2频率可重构天线理想的频率可重构天线指的是保持天线其他特性不变，在一定范围内具有对频率的调谐或切换能力的大线。重构天线工作频率的方法有：加载开关，加载可变电抗元件，改变天线机械结构，以及改变天线的材料特性。这些方法都依据相同的工作原理:改变大线的有效电长度从而使相应的L作频率发生变化。线天线，环天线，缝隙天线和微带天线都属于谐振天线。对于这些类型的大线而言，天线的有效电长度主要决定了天线的工作频率、带宽(分数带宽一般不超过10%，常见数值在1%到3%之间)和天线上的电流分布。比如，对于传统的线性双极大线，一阶谐振发生在天线长度接近半个波长处，这时天线表面的电流分布导致了水平全向的辐射模式。因此，如果我们希望使该天线工作于更高的频率，我们可以缩短双极天线的长度，而这个长度对应于改变后的工作频率的半个波长，这样便达到了频率重构的目的。以上准则不仅对于双极大线成立，也同样适用于环天线、缝隙天线和微带天线。2.1开关可重构天线的有效电长度可以通过加载开关的方法加以控制改变，从而达到重构天线频率的目的，比如光学开关，PIN二极管开关，FET开关，以及射频为电子机械系统——MEMS开关等。据文献中介绍，光学开关相对于其他类型的开关，有助于减少开关数量并且降低开关偏置线的影响。2.2加载可变电抗加载可变电抗元件的重构方式与加载开关的重构方式基本相同，两者的区别只在于，前者能够在一定范围内实现对频率的离散切换，后者则可以在儿个频率之间进行连续调谐。文献中一种连续调谐微带贴片天线，就是在天线的两辐射边分别加载变容一极管。变容管的反偏电压范围在0到30V之间，对应其电容...