【摘 要】
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无线通信设备中需要集成多个模块来满足人们日益增长的使用需求,而天线作为设备与外界信息交换的窗口也被寄希望于保持紧凑尺寸的同时能够具备更多的功能。极化可重构能在不增加天线端口数和尺寸的情况下,实现天线不同极化状态的转换,从而接收或发送各种信号,增强了天线的适用性。共口径阵列将各种功能的天线单元合理排布,使天线单元之间良好协同工作从而实现紧凑的阵列尺寸。基于此,本论文对极化可重构天线及其共口径阵列展开
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无线通信设备中需要集成多个模块来满足人们日益增长的使用需求,而天线作为设备与外界信息交换的窗口也被寄希望于保持紧凑尺寸的同时能够具备更多的功能。极化可重构能在不增加天线端口数和尺寸的情况下,实现天线不同极化状态的转换,从而接收或发送各种信号,增强了天线的适用性。共口径阵列将各种功能的天线单元合理排布,使天线单元之间良好协同工作从而实现紧凑的阵列尺寸。基于此,本论文对极化可重构天线及其共口径阵列展开了深入研究。主要内容如下:（1）分别设计了S/C双频段极化可重构天线和X/Ku双频段极化可重构天线。S/C双频段极化可重构天线通过带状线缝隙耦合激励两个堆叠环形贴片,在十字形地板槽缝中引入四个二极管开关从而实现天线双频段的±45°两种线极化状态可重构,围绕辐射贴片设计了一圈金属通孔抑制了电磁能量向四周扩散,增强了天线的辐射稳定性。X/Ku双频段极化可重构天线和S/C双频段极化可重构天线实现原理相似,不同之处在于前者采用了方形和十字形辐射贴片。由于两款天线结构均旋转对称,所以在±45°不同极化状态下天线的阻抗特性和辐射特性基本一致。由仿真结果可知,S/C双频段极化可重构天线在双频段中心频点处,峰值增益分别优于5.2d Bi、5.5d Bi,交叉极化比分别优于36.2d B、26.6d B;X/Ku双频段极化可重构天线在两个频段中心频点处,峰值增益分别优于8.9d Bi、6.6d Bi,交叉极化鉴别率分别优于30.3d B、29.9d B。（2）基于上述的紧凑型双频段极化可重构天线单元,依次设计了一款双频段极化可重构直线阵和一款四频段极化可重构共口径阵列。双频段极化可重构直线阵由8个X/Ku双频极化可重构天线沿直线等间距排布而成,阵元间距为17mm,各个阵元有基本相同的阻抗通带,且阵列能实现水平和垂直极化可重构。中心阵元与相邻阵元在X和Ku频段通带内端口隔离度分别优于26.1d B、24.2d B,仿真结果验证了天线单元在紧凑阵列中稳定的辐射特性。四频段极化可重构共口径阵列是由5×5个低频阵元（S/C天线）三角形规则布阵、5×7个高频阵元（X/Ku天线）稀布阵,结合阵列极化可重构直流偏置线路和高频阵元馈线变化共同设计而成。该共口径阵列可以在S/C/X/Ku四个频段内工作,并在各个频段均可以实现±45°线极化状态的灵活切换,大大地提升了阵列天线的多功能性。
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