【摘要】：數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線是通過加載半導(dǎo)體器件把數(shù)字控制電路與可重構(gòu)反射陣天線相結(jié)合起來,可以在不改變天線外部物理結(jié)構(gòu)的情況下,僅僅改變數(shù)字控制電路輸出的電路信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)反射陣主波束的自適應(yīng)變換。這種波束掃描、波束捷變的特性可以使其在無線通信領(lǐng)域及雷達(dá)成像領(lǐng)域中有非常廣泛的應(yīng)用前景。本文圍繞數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線,研究了其反射單元設(shè)計(jì)與驗(yàn)證方法,并重點(diǎn)分析了反射陣列天線的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射問題的工作原理。本文的主要工作如下:第一章介紹了數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線的研究背景及意義,并簡單敘述了反射陣天線的發(fā)展歷史。根據(jù)常用的可重構(gòu)技術(shù)對(duì)可重構(gòu)反射陣天線的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了重點(diǎn)描述,為本文的數(shù)字式的可重構(gòu)反射陣天線設(shè)計(jì)提供更多指導(dǎo)思路。第二章對(duì)微帶反射陣基本工作原理、反射單元所需的補(bǔ)償相位的求解方法以及常見的補(bǔ)償相位實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述。然后,對(duì)數(shù)字式的可重構(gòu)反射陣的單元相位數(shù)字量化分析方法進(jìn)行了解釋說明。最后,介紹了三種常用的反射陣單元的仿真方法。這些內(nèi)容為可重構(gòu)反射陣天線設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。第三章根據(jù)縫隙耦合天線的工作原理,通過加載PIN二極管,設(shè)計(jì)并提出了一款1-bit縫隙耦合可重構(gòu)反射陣天線。首先,分析了縫隙耦合反射單元的工作原理,并根據(jù)其原理與加載PIN二極管的反射陣單元設(shè)計(jì)方法結(jié)合提出了一種較為簡單的單元設(shè)計(jì)思路;然后,提出了通過控制PIN二極管不同狀態(tài),其相位差為180°的可重構(gòu)反射單元;另外,根據(jù)所設(shè)計(jì)的反射單元,設(shè)計(jì)了一款工作于X波段的10×10共100個(gè)反射單元的1-bit數(shù)字化可重構(gòu)反射陣天線,仿真結(jié)果證明了所提的天線可以實(shí)現(xiàn)主波束的自適應(yīng)掃描,掃描角度可達(dá)到50°。最后,對(duì)可重構(gòu)反射陣天線在掃除基站盲區(qū)和微波孔徑成像方面的應(yīng)用進(jìn)行了簡單的敘述,為可重構(gòu)反射陣天線的實(shí)際工程應(yīng)用提供思路。第四章在前面研究的基礎(chǔ)上,通過加載了損耗更小以及價(jià)格更低廉的PIN二極管,設(shè)計(jì)了一款平面微帶1-bit可重構(gòu)反射陣天線。首先,結(jié)合HFSS軟件仿真與ADS軟件仿真,提出了一種可以快速設(shè)計(jì)并可準(zhǔn)確驗(yàn)證的可重構(gòu)反射單元的設(shè)計(jì)方法,并使用此方法設(shè)計(jì)了一款工作于4.75GHz的1-bit數(shù)字可重構(gòu)反射單元。然后,利用此反射單元進(jìn)行12×12陣列的綜合仿真以及整體陣列的加工;與此同時(shí),為了能同時(shí)控制144路電路信號(hào),設(shè)計(jì)并加工了硬件數(shù)字電路控制板,可控制天線板上每個(gè)反射單元的PIN二極管的工作狀態(tài),并且可以通過LED燈陣檢查線路錯(cuò)誤,保證PIN的正常工作。仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果顯示反射陣天線可在4.75GHz頻率下,實(shí)現(xiàn)二維方向上的主波束自適應(yīng)掃描,掃描角度可達(dá)50°,實(shí)驗(yàn)測(cè)試證實(shí)了天線的波束掃描能力。最后,設(shè)計(jì)了一款工作于6.2GHz的2-bit可重構(gòu)反射單元,為后面多比特反射陣設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

[2]。圖1.1 最早的波導(dǎo)反射陣[2]20 世紀(jì) 80 年代，Malagisi 教授首次將 PCB 技術(shù)與反射陣天線設(shè)計(jì)結(jié)合起來，提出了一種微帶單元組成的圓極化反射陣天線，這標(biāo)志著微帶反射陣天線的誕生[3]。反射陣單元通過印刷技術(shù)將四臂螺旋印刷于介質(zhì)板上，然后加載上變?nèi)荻䴓O管，通過偏置電路控制變?nèi)荻䴓O管的工作狀態(tài)，從而改變反射單元的諧振情況，最終產(chǎn)生不同的反射相位。微帶貼片的結(jié)構(gòu)具有的很多優(yōu)點(diǎn)，如低剖面、重量輕以及成本低等。真是這次微帶印刷技術(shù)的引入，在進(jìn)程上大大促進(jìn)了反射陣天線的研究與探索。反射陣的單元結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示。同年

第一章 緒論3圖1.2 四壁螺旋圓極化反射陣[3]在 80 年代末 90 年代初，為了減小天線的尺寸和體積，大量的微帶反射陣天線被研究并提出，逐漸成為了天線研究的一大熱點(diǎn)。John Huang 教授在 1991 年基于經(jīng)典的陣列理論，，通過提出的微帶貼片上加相位延遲線結(jié)構(gòu)的反射單元，對(duì)微帶反射陣天線進(jìn)行討論與分析，最終總結(jié)出完整的反射陣?yán)碚�，并且提出了反射陣天線設(shè)計(jì)所需的輻射電場(chǎng)計(jì)算公式[15]�；� Huang 教授提出的微帶反射陣天線設(shè)計(jì)理論，大量的研究成果被先后提出來，使得反射陣天線的設(shè)計(jì)與研究十分火熱[6-10]。由于微帶天線具有窄帶的特性，早先提出的反射陣天線一般帶寬都比較窄。然而，天線的帶寬對(duì)其應(yīng)用有著很重要的影響
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN820

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本文編號(hào)：2633766