用于WLAN的方向图可重构天线研究与设计

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现代无线通信系统发展迅速,为了满足多方面的需要,通信系统的频带、体积和重量不断增加,导致频谱资源和空间资源日益紧缺。“可重构天线”可以很好地解决这一难题。它具有动态特性,能够根据工作环境的不断变化,通过控制微波开关状态,改变天线的辐射特性。其实质是多个天线共用同一物理口径,仅用一个天线来完成多个天线具有的功能。因为方向图是分析天线性能的重要特性参数之一,所以主要研究方向图可重构天线。本文的主要工作内容概括如下:  首先,根据微波开关的理论知识,对微波开关进行了建模与仿真,对直流馈电网络进行了设计,并分析了微波开关对天线性能的影响。  然后,基于可重构天线的相关理论,设计了一款具有六种工作模式的用于WLAN5.8G的方向图可重构方形贴片天线。利用HFSS软件对加载理想开关和PIN实际开关的两种天线进行仿真、比较,设计效果满足指标要求。为了验证仿真结果,对天线进行实物加工,测量端口2激励时三种工作模式的-10dB带宽为5.72~5.84GHz,增益分别为9.06dBi、8.37dBi、8.94dBi,与仿真结果基本吻合。  最后,设计了一款具有五种工作模式的用于WLAN2.4G的方向图可重构全向覆盖天线。将加载PIN开关与理想开关的仿真结果进行比较可知,微波开关固有的插入损耗使天线的增益和辐射效率降低。为了验证仿真结果,对天线进行实物加工,测量天线工作模式1的-10dB带宽为2.26~2.66GHz,半功率波束宽度为84°,增益为4.94dBi,与仿真结果基本吻合,有力地证明了天线设计的可行性。
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