特征模理論及其在方向圖可重構(gòu)天線研究中的應(yīng)用.pdf

1、本文工作主要圍繞電磁場(chǎng)中的特征模理論及其在方向圖可重構(gòu)天線的分析與設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行。 第一章概述了方向圖可重構(gòu)天線的研究背景和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。概述了本論文的工作和貢獻(xiàn)。 第二章介紹了一種以等效原理為基礎(chǔ)分析微帶結(jié)構(gòu)的方法——等效體、面電流積分方程方法。用等效表面電流分布取代金屬導(dǎo)體的影響，用等效體極化電流分布取代介質(zhì)體結(jié)構(gòu)的影響，在介質(zhì)體和金屬導(dǎo)體各分界面應(yīng)用相應(yīng)的邊界條件建立積分方程，利用矩量法求解整個(gè)微帶結(jié)構(gòu)的電流分

2、布。 第三章介紹了導(dǎo)體的特征模理論，并探索了一種根據(jù)激勵(lì)因子來(lái)激勵(lì)特征模的方法。經(jīng)典特征模理論提供了一套在導(dǎo)體表面形成加權(quán)正交系的特征電流，在無(wú)窮遠(yuǎn)球面上形成正交系的特征場(chǎng)。在輻射和散射問(wèn)題中用特征模作為展開(kāi)基函數(shù)，能夠?qū)⒆杩咕仃噷?duì)角化。對(duì)于電尺寸較小的導(dǎo)體，只需要少數(shù)幾個(gè)模式就能夠表征該導(dǎo)體的電磁特性。 第四章提取了高隔離度兩端口分集線天線的前五個(gè)特征電流分布及相應(yīng)的特征方向圖。兩端口電流的特征模展開(kāi)系數(shù)表明，天線的電

3、流分布和方向圖可以通過(guò)特征模式1和特征模式2的加權(quán)疊加近似得到。根據(jù)激勵(lì)因子能夠激勵(lì)起特征模式1和特征模式2。 第五章提出了一種方向圖可重構(gòu)平面分形天線。天線頂部的分形貼片面積為15mm×15mm(在工作頻率為8.4GHz時(shí)，小于0.5λ×0.5λ)。仿真和測(cè)量的結(jié)果均顯示，通過(guò)改變MEMS開(kāi)關(guān)的連接狀態(tài)，這個(gè)方向圖可重構(gòu)天線具有四個(gè)可控制的開(kāi)關(guān)方向圖，分別位于x-z、y-z上半平面的左右兩邊。利用特征模理論對(duì)該天線的可重構(gòu)性進(jìn)

4、行了分析，分析表明天線的方向圖可以通過(guò)四個(gè)關(guān)鍵的特征方向圖加權(quán)疊加來(lái)近似。同時(shí)，特征電流的分布揭示了所用探針為什么能夠有效地激勵(lì)起這四個(gè)特征模式。 第六章計(jì)算了有限地板方形貼片天線的特征模式，并進(jìn)一步探討了天線結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)特征模的影響。通過(guò)對(duì)特征模式1、12和特征模式4的激勵(lì)，獲得了一個(gè)兩端口方向圖重構(gòu)天線。該天線頂部貼片尺寸為0.5λ×0.5λ，兩端口隔離度優(yōu)于20dB。為特征模理論應(yīng)用于方向圖可重構(gòu)天線的設(shè)計(jì)提供了實(shí)例。

5、 第七章提出了兩個(gè)方向圖可重構(gòu)的微帶天線，通過(guò)改變MEMS開(kāi)關(guān)的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了波束掃描。其中一個(gè)天線在兩種掃描狀態(tài)下、在不同象限的上半空間提供了四個(gè)準(zhǔn)圓錐形的波束，在這兩種工作狀態(tài)下天線的回波損耗均優(yōu)于10dB。另一個(gè)天線在兩種掃描狀態(tài)下、在不同象限的上半空間提供了六個(gè)準(zhǔn)圓錐形的波束，在這兩種工作狀態(tài)下天線的回波損耗均優(yōu)于15dB。兩個(gè)天線的仿真和測(cè)試結(jié)果均吻合較好。 第八章對(duì)本論文設(shè)計(jì)的三種天線進(jìn)行了測(cè)試。介紹了測(cè)試環(huán)境、測(cè)試儀