【摘要】：可重構天線能夠適用于多場景,為天線賦予了變化發(fā)展的新特性,是未來天線研究的核心演進目標之一,傳統(tǒng)天線由于存在自身結構屬性等問題,較難實現(xiàn)可重構,新材料的涌現(xiàn)為可重構天線的設計帶來曙光,新材料具備許多區(qū)別于制作傳統(tǒng)天線材料的新穎的物質(zhì)屬性,為交叉學科提供了大有作為的研究空間,液態(tài)金屬作為新型合金材料,與天線相結合,為天線設計帶來新的思路。本文設計了基于液態(tài)金屬材料的方向圖可重構天線,該天線在材料上是通過液態(tài)金屬替代傳統(tǒng)導體,在保留傳統(tǒng)導體作用、保證天線結構具備良好導電性的同時,發(fā)揮出液態(tài)金屬可形變、能運動的優(yōu)勢特點。天線在理論設計上以自相移原理為基礎,用液態(tài)金屬材料制作的偶極子形變來驗證自相移理論,完成偶極子表面電流相位差的獲取。天線陣理論為天線方向圖可重構設計的核心,分析天線陣的相關理論,得到與主瓣偏轉(zhuǎn)角度關聯(lián)的參數(shù),即陣元間距與陣元間相位差,在保證天線駐波系數(shù)的條件下,通過偶極子的形變?yōu)樘炀�陣提供相位差,通過降低陣元間距盡可能實現(xiàn)大角度主瓣掃描。八木天線理論為天線方向圖優(yōu)化提供指導,鑒于存在的天線輻射方向圖近乎全向、增益低、最大偏轉(zhuǎn)角度小等問題,加載引向器、反射器使得天線增益提高,較引入前提高120%,引向器、反射器的規(guī)則有序流動帶來主瓣最大偏轉(zhuǎn)角度的提升,較引入前提高200%。電磁帶隙理論為天線波束實時掃描提供保證,電磁帶隙單元結構來源于參考文獻,陣元間距的減小帶來嚴重的陣元間耦合,出現(xiàn)天線駐波系數(shù)在波束重構過程中不滿足小于2的基本要求,引入電磁帶隙結構降低了陣元間耦合,使陣元駐波系數(shù)與天線陣電參數(shù)滿足實時重構要求。天線的工作頻率為2.4GHzWiFi頻段,陣元間距為0.48λ_0,能夠在±21°內(nèi)實現(xiàn)波束可重構,陣元與引向器、反射器皆為液態(tài)金屬材料構成,但控制方式有所不同,陣元選用ECC控制方法,引向器、反射器采取氣泵推動,本文給出了各陣元長度的拉伸壓縮的運動方向以及引向器、反射器的移動方向,為了詳細說明天線的可重構過程,選取了可重構過程中的四個天線狀態(tài),給出了四個狀態(tài)的天線參數(shù),在實時可重構過程中,天線駐波系數(shù)均小于2,天線增益均大于7dBi。本文所有建模仿真優(yōu)化工作均在CST Microwave Studio~?電磁仿真軟件中進行,使用安捷倫N5227A型矢量網(wǎng)絡分析儀對液態(tài)金屬的特性進行實物測試,用替代實驗的方法,加工制作了天線重構過程中不同狀態(tài)的天線實物,測試結果顯示仿真和實驗結果達到較好符合度,驗證了課題設計的可行性。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TG111.4;TN822
【圖文】：

a) 實物圖 b) 仿真與實測反射系數(shù)圖圖 1-1 柔性微帶貼片天線實物與反射系數(shù)圖[10]2011 年，ShahrzadJalaliMazlouman 等人利用可伸縮硅基片實現(xiàn)了一種頻率可重構貼片天線[11]。將液態(tài)金屬注入硅橡膠基片中的方形儲液罐，制造出可拉伸的金屬貼片。如圖 1-2 所示。文章使用耦合饋電方法，貼片天線的物理長度隨拉伸狀態(tài)而變化，所建立的模型實驗證明可以達到 300%的拉伸形變。天線的頻率重構范圍為 1.3 至 3GHz，最大輻射效率 80%。

仿真實測如圖 1-1 b)。a) 實物圖 b) 仿真與實測反射系數(shù)圖圖 1-1 柔性微帶貼片天線實物與反射系數(shù)圖[10]2011 年，ShahrzadJalaliMazlouman 等人利用可伸縮硅基片實現(xiàn)了一種重構貼片天線[11]。將液態(tài)金屬注入硅橡膠基片中的方形儲液罐，制造出可拉屬貼片。如圖 1-2 所示。文章使用耦合饋電方法，貼片天線的物理長度隨拉而變化，所建立的模型實驗證明可以達到 300%的拉伸形變。天線的頻率重為 1.3 至 3GHz，最大輻射效率 80%。

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