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可调馈电网络及其在可重构天线阵中的应用研究

夏梦涵

  目前,通信系统的设计趋于多功能化和小型化,而结构复杂、体积较大、功能单一的传统通信系统已经不能满足未来通信系统的发展要求。可重构通信系统可以利用一个通信系统解决需要多个传统通信系统才能解决的问题,并且易于实现小型化和多功能集成化。因此,通信系统的可重构已经成为一种热门的研究趋势。随着手机用户数量的不断增长,数据服务的需求量呈指数型增长。不断增长的通信服务需求与紧张的频谱资源的矛盾日益突出。于是,第五代移动通信技术,简称5G(5th-Generation),应运而生。波束赋形技术是5G通信系统的关键技术之一。目前,波束赋形技术主要通过天线阵来实现,天线阵的辐射特性主要由单元馈电电流的分布决定,而馈电电流分布则由馈电网络提供。因此,为了使天线阵的方向图可重构从而实现波束赋形,研究能够满足天线阵方向图可重构要求的可调馈电网络的设计与实现方法至关重要。本文对应用于5G通信系统的可调馈电网络以及可重构波束赋形天线阵进行了研究,并取得以下成果:(1)设计了一款工作频段为3.4GHz~3.6GHz的一分二可调功分比功分器,该功分器是基于混合环的结构,通过在电路中加载两个变容二极管设计而成的。该功分器的功分比由一个直流电压控制。仿真结果表明,所设计的功分器的功分比可在-17.5dB~8.5dB的范围内连续可调,且各端口匹配良好,输出端口间相位差变化较小。在此基础上,设计了一款一分四可调功分比功分器并对其进行了仿真分析,该功分器可以为四元天线阵提供幅度可调的激励。对以上两款功分器进行了加工和测试,并对测试结果进行了分析。(2)设计了一款工作频段为3.4GHz~3.6GHz的单路可调移相器,该可调移相器是基于分支线耦合器结构,通过在负载处加载变容二极管设计而成的。两个变容二极管的容值由一个直流偏置电压进行控制,从而控制电路的相移量。仿真结果表明,该可调移相器的相移量连续可调并可达190°。在此基础上,设计了为四元天线阵提供激励的相位变化的四路可调移相器,实现了馈电的相位可调。对四路可调移相器进行了加工和测试,并对测试结果进行了分析。(3)为了验证所设计的可调馈电网络具有对赋形波束天线阵的方向图进行重构的功能,本文采用微带贴片结构设计了一款中心频率为3.5GHz的四元天线阵,并以四种典型的波束赋形天线阵(激励分布比为1:1:1:1的均匀天线阵、激励分布比为1:5.9:5.9:1的扇形波束天线阵、激励分布比为8:1:1:8的高功分比天线阵、激励分布比为1:2:4:8的非对称波束天线阵)为例,分别用本文设计的可调馈电网络进行馈电。结果表明,本文所设计的可调馈电网络能够达到赋形波束天线阵的馈电要求,实现天线阵方向图的可重构功能,因此具有很大的实用价值。……   
[关键词]:可重构;天线阵;功分器;移相器;变容二极管
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连海事大学2019年
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