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)計中的應(yīng)用進行。 第一章概述了方向圖可重構(gòu)天線的研究背景和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。概述了本論文的工作和貢獻。 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)激勵因子來激勵特征模的方法。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，在無窮遠球面上形成正交系的特征場。在輻射和散射問題中用特征模作為展開基函數(shù)，能夠?qū)⒆杩咕仃噷腔?。對于電尺寸較小的導(dǎo)體，只需要少數(shù)幾個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系數(shù)表明，天線的電

3、流分布和方向圖可以通過特征模式1和特征模式2的加權(quán)疊加近似得到。根據(jù)激勵因子能夠激勵起特征模式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，小于0.5λ×0.5λ)。仿真和測量的結(jié)果均顯示，通過改變MEMS開關(guān)的連接狀態(tài)，這個方向圖可重構(gòu)天線具有四個可控制的開關(guān)方向圖，分別位于x-z、y-z上半平面的左右兩邊。利用特征模理論對該天線的可重構(gòu)性進

4、行了分析，分析表明天線的方向圖可以通過四個關(guān)鍵的特征方向圖加權(quán)疊加來近似。同時，特征電流的分布揭示了所用探針為什么能夠有效地激勵起這四個特征模式。 第六章計算了有限地板方形貼片天線的特征模式，并進一步探討了天線結(jié)構(gòu)尺寸對特征模的影響。通過對特征模式1、12和特征模式4的激勵，獲得了一個兩端口方向圖重構(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)計提供了實例。

5、 第七章提出了兩個方向圖可重構(gòu)的微帶天線，通過改變MEMS開關(guān)的狀態(tài)實現(xiàn)了波束掃描。其中一個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準圓錐形的波束，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準圓錐形的波束，在這兩種工作狀態(tài)下天線的回波損耗均優(yōu)于15dB。兩個天線的仿真和測試結(jié)果均吻合較好。 第八章對本論文設(shè)計的三種天線進行了測試。介紹了測試環(huán)境、測試儀