可重構(gòu)天線的研究及其在時(shí)間反演系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、現(xiàn)代無線信息系統(tǒng)面臨著兩方面的挑戰(zhàn)，一是系統(tǒng)本身需要實(shí)現(xiàn)多極化、多波段、低功耗、小型化和綜合集成化；二是系統(tǒng)外部的工作環(huán)境越來越復(fù)雜，通信節(jié)點(diǎn)分布廣泛且具有隨機(jī)性。鑒于可重構(gòu)天線可通過切換工作狀態(tài)，利用單個(gè)天線口徑實(shí)現(xiàn)多個(gè)天線的功能；而時(shí)間反演技術(shù)可以克服多徑效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間—空間的同步聚焦，故可重構(gòu)天線技術(shù)和時(shí)間反演技術(shù)為應(yīng)對(duì)這兩重挑戰(zhàn)提供了新的思路和方法。
　　本論文以可重構(gòu)天線的研究及其在時(shí)間反演系統(tǒng)中的應(yīng)用為課題，主要研究內(nèi)

2、容概述如下：
　　第一部分主要對(duì)可重構(gòu)的圓柱形介質(zhì)諧振器天線進(jìn)行了研究，分別實(shí)現(xiàn)了方向圖和極化的可重構(gòu)。首先，介紹了圓柱形介質(zhì)諧振器天線的基本理論，并以一個(gè)雙端口多頻帶圓柱形介質(zhì)諧振器天線的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說明。然后，利用圓環(huán)縫隙耦合饋電結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一個(gè)方向圖可重構(gòu)的介質(zhì)諧振器天線。天線利用高次模輻射獲得了準(zhǔn)端射的方向圖，通過切換加載在饋電縫隙上的8個(gè)開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)方向圖在水平面內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。最后，進(jìn)一步挖掘了圓柱形介質(zhì)諧振器和饋電圓環(huán)的對(duì)

3、稱性，提出了一種極化可重構(gòu)的圓柱形介質(zhì)諧振器天線。天線利用圓環(huán)縫隙激勵(lì)起兩個(gè)等幅正交的模式，并引入90°相位差。天線僅使用兩個(gè)加載在饋電縫隙上的開關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)左旋和右旋圓極化的可重構(gòu)。上述兩種可重構(gòu)天線具有饋電簡單，開關(guān)和直流偏置電路對(duì)天線影響小等優(yōu)點(diǎn)。
　　第二部分主要研究了極化可重構(gòu)的微帶貼片天線。首先，為對(duì)微帶貼片天線進(jìn)行全波分析，介紹了一種重要的數(shù)值計(jì)算方法——時(shí)域有限差分法，并對(duì)普通貼片天線的的輻射過程進(jìn)行了仿真。然后，

4、設(shè)計(jì)了一款極化可重構(gòu)的圓形貼片天線，天線采用單端口饋電，并利用4個(gè)PIN開關(guān)，實(shí)現(xiàn)了線極化、左旋圓極化和右旋圓極化的可重構(gòu)。切換極化方式后，天線仍具有較寬的帶寬、高增益和低交叉極化特性。最后，設(shè)計(jì)了一個(gè)雙端口的極化可重構(gòu)方形貼片天線，每個(gè)端口均可實(shí)現(xiàn)線極化、左旋圓極化或右旋圓極化。當(dāng)其工作于線極化模式時(shí)，該天線也可視為一個(gè)頻率可調(diào)的雙極化天線。上述兩種極化可重構(gòu)的微帶天線均由兩層介質(zhì)基板構(gòu)成，均采用空氣介質(zhì)和縫隙耦合饋電，可抑制表面波，

5、簡化PIN開關(guān)的直流偏置電路。
　　第三部分主要開展了可重構(gòu)天線在時(shí)間反演應(yīng)用系統(tǒng)中的研究。首先，推導(dǎo)了利用模數(shù)混合技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)間反演的過程，使用時(shí)域有限差分法進(jìn)行了仿真，結(jié)果驗(yàn)證了時(shí)間反演技術(shù)的時(shí)間—空間同步聚焦特性，進(jìn)而利用時(shí)間反演技術(shù)對(duì)多目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行了場重構(gòu)。然后，針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)供能的問題，研究了基于時(shí)間反演技術(shù)的微波輸能系統(tǒng)。傳統(tǒng)的微波輸能技術(shù)在多個(gè)發(fā)射端同時(shí)發(fā)射時(shí)，某些特殊位置的電磁波會(huì)反相疊加，導(dǎo)致輸能效率