差分频率可重构天线研究

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1、硕士学位论文差分频率可重构天线研究作者姓名邓楚虹学科专业通信与信息系统指导教师靳贵平副教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月TheResearchofDifferentialFrequencyReconfigurableAntennasADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DengChuhongSupervisor：Prof.JinGuipingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TN82学

2、校代号：10561学号：201520108799华南理工大学硕士学位论文差分频率可重构天线研究作者姓名：邓楚虹指导教师姓名、职称：靳贵平副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：通信与信息系统研究方向：现代通信理论与技术论文提交日期：2018年4月16日论文答辩日期：2018年6月5日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：李融林委员：曹静、靳贵平、常天海摘要近年来，现代无线通信系统向着高集成度、多功能、超宽带的方向迅猛发展，天线作为无线通信系统的关键组成部分，必然要不断发展创新。差分天线的两个馈电端口可以

3、直接连接射频前端的差分电路，避免了中间转换器的使用，这一优势使它得到了国内外学者广泛的关注。可重构天线能够实现工作模式转换，使一副天线具有多副天线的功能，且具有体积小、功能多、易实现分集等优点。频率可重构天线作为可重构天线的一种，它能够根据工作环境实时改变天线的工作频段且保证方向图、增益等其他性能的稳定，这使其在复杂多变的无线通信环境中的应用前景十分广阔。目前在天线研究领域里将差分技术和频率可重构技术相结合的研究还暂时未见有报道，因此，差分频率可重构天线的研究是十分具有前沿性和探索性的。本文主要研究差分频率可重构天线，天线的设计工作主

4、要围绕以下三点展开：（1）差分天线的结构往往是对称的，所以在设计差分频率可重构天线时，需要考虑到差分馈电点的位置和射频开关加载的位置是否会影响天线结构的整体对称性；（2）天线的主要目标是实现差分馈电和频率可重构的结合，同时也要求在不同的工作模式下天线的其他特性，比如方向图、极化方式等要比较接近或一致；（3）天线在不同的谐振频率下使用同一馈电网络是一大创新，可以结合实际情况将开关加载在天线的辐射模块或者馈电网络上。基于以上几点展开研究，本文提出了三种结构简单且性能较好的差分频率可重构天线，主要工作如下：1.提出了一款双层差分频率可重构天

5、线。该天线有上下两层介质基板，中间的空气层高度为2.5mm，采用临近耦合差分馈电的方式，并通过控制加载在上下两层的四个开关的通断使天线实现在2.37-2.67GHz和3.39-3.62GHz两个频段的重构。天线辐射方向图呈现良好的定向性，且实测与仿真结果比较吻合，在两种状态下天线的平均增益分别可达5.36dBi和5.21dBi。天线两层介质板间距小，整体结构简单，开关位置分布合理，根据上层辐射贴片的辐射模式改变下层馈线的长短，使天线在两种工作模式下拥有良好的阻抗匹配，天线的重构工作频段能够覆盖WLAN的2.45GHz和WiMAX的2.

6、45GHz、3.5GHz两个频段，证明了该天线具有较好的差分频率可重构的功能，具有良好的应用前景。I2.提出了一种共面波导差分频率可重构天线。通过直流偏置电路来控制天线上四个PIN二极管的导通和断开状态，天线可以实现在2.02-2.89GHz和3.27-3.66GHz两个频段的重构，阻抗带宽分别为35.4%和11.3%，且辐射方向图受频率可重构的影响较小，天线在两种状态下的平均增益分别可达3.18dBi和3.61dBi。该天线充分利用了共面波导天线结构简单和频带宽的优势，实现了差分馈电技术与频率可重构技术的完美结合，天线的实测结果与仿

7、真结果非常接近，可应用于WLAN的2.45GHz和WiMAX的2.45GHz、3.5GHz两个频段。3.提出了第一款基于偶极子的差分频率可重构天线，该天线结构紧凑且完全对称，通过控制加载在双偶极子末端的四个PIN开关的通断状态即可实现在2.31-2.51GHz和3.45-3.67GHz两个频段的重构，阻抗带宽分别为8.3%和6.2%，天线在两种状态下的方向图稳定，平均增益分别可达2.63dBi和2.64dBi。紧接着在第一款天线的基础上做了一些改进，设计出一款能够在3.17-4.07GHz（24.9%）和5.00-6.19GHz（21

8、.3%）两个频段之间切换的改进型偶极子差分频率可重构天线，能应用于WiMAX的3.50GHz频段以及WLAN的5.25GHz、5.80GHz两个频段。对天线进行模型仿真、实物加工和测试，实测结果与仿真结果均显示天线在两种