线极化与圆极化可重构天线的设计与研究外文翻译资料

 2022-11-26 20:13:51

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一种用于四极化敏捷天线设计的新型可重构馈电网络

孙虎成和孙圣

摘要 - 在这种通信中，提出了一种可重构馈电网络来设计四极化捷变天线。 通过切换PIN二极管，具有选定相位差的四种传输模式可以在两个输出端口进行电调谐。 对于每种模式，馈电网络的测量插入损耗在工作频率下小于0.8 dB。 由于其尺寸紧凑，所提供的馈电网络可以进一步与双极化孔径耦合天线集成，该天线可以呈现两个正交线性极化和两个正交圆形极化。 详细显示了极化捷变天线的测量结果，验证了其性能。

关键词 - 孔径耦合贴片天线，圆极化和线极化，极化敏捷，可重构天线，可重构馈电网络。

    1. 介绍

最近，极化敏捷天线由于其在提高系统性能方面的独特功能，如增强的信息内容[1]，频率重用[2]，主动标记[3]以及改进了多输入多输出（MIMO）系统的容量[4]。 由于极化是可重新配置的，所以实现紧凑的尺寸，轻便的成本和低轮廓能力变得可行。

通常，利用两种有效的解决方案来产生极化可重构性。 第一种解决方案是使用开关元件（如PIN二极管[2]和RF-MEMS开关[5]）重新配置天线的内部结构。 因此，可以激发具有不同极化的不同谐振模式。 通过沿贴片天线的U型槽切换PIN二极管，可以实现线性和圆极化状态[6]。 对于圆极化天线，也可以切换左旋圆极化（LHCP）和右旋圆极化（RHCP）[7]。 另外，通过控制贴片边缘和地之间的PIN二极管可以形成不同的线性极化（LP）状态[8]。 然而，一种可重构拓扑仅适用于特定的天线，而全极化可重构性难以实现，即水平LP，垂直LP，LHCP和RHCP。

同时，另一种流行的解决方案是基于具有多个电源路由方案的可调馈电网络[9]，[10]。 但是，必须在两个输入端口[9]之间手动切换，而两个变容二极管和一个单刀双掷（SPDT）开关用于单端口设计[10]。 基于准集总耦合器和精密馈电系统，单端口极化分集天线也可以实现[11]，[12]。 尽管如此，他们无法提供

手稿于2014年9月9日收到; 2015年8月25日修订; 公认

2015年10月24日。发布日期2015年11月3日; 目前版本为2015年12月31日。这项工作部分得到中国千人计划的部分支持，部分由研资局资助项目716112和716713资助，部分由国家自然科学基金资助项目61501243 。

HC Sun是南京信息工程大学应用电磁研究中心，南京210044。

S. Sun与电子科技大学电子工程学院，成都611731（电子邮件：sunsheng@ieee.org）。

本通讯中的一个或多个数字的彩色版本可在线获取http://ieeexplore.ieee.org。

数字对象标识符10.1109 / TAP.2015.2497350

0018-926Xcopy;2015 IEEE。 翻译和内容挖掘仅适用于学术研究。 个人使用也是允许的，但重新发布/再分配需要IEEE的许可。 看到http://www.ieee.org/publications_standards/publications/rights/index.html 了解更多信息。

全极化可重构性。 最近，提出了一种紧凑型馈电网络的极化分集天线[13]。 它只能提供单端口输入的全极化状态。 不幸的是，馈电网络涉及许多集总组件，导致相对较高的插入损耗（2dB）。 另外，它需要一个四馈天线，这可能会增加设计过程的复杂性。

sim;

在这项工作中，提出了一种四模式可重构馈电网络，并将其应用于偏振敏捷天线的设计。 通过切换PIN二极管，建议的馈电网络能够提供四种不同的传输模式。 进一步采用慢波耦合线段来使尺寸小型化并增强其间的耦合。 由于该馈电网络可以设计在lambda;g/4lambda;g/ 4的范围内，因此可以在不增加整个天线尺寸的情况下方便地将背板安装到贴片天线的背面。 最后，设计了具有可重构馈电网络的单端口极化捷变天线，并通过实验验证了全极化重构能力。

times;

    1. 四模式可重构馈送网络
  1. 运作机制

图1（a）示出了所提出的四模式可重构馈电网络的示意图。 它包含一个输入和两个输出端口。 L1，L2和L3是具有相同特性阻抗50Omega;的三分之三波长传输线。 S1-S8表示八个操作模式控制开关。 两个相同的耦合线段D1和D2插入可重构馈电网络。 如图1（a）所示，耦合线路部分的两个端口连接到馈电电路，而另一端的另两个端口连接到开关S5-S8。 Zd和ld分别表示耦合线部分的等效特性阻抗和电气长度。 每个耦合线部分由具有N个单位单元的慢波周期性非均匀耦合线实现。 根据耦合传输线理论[14] - [16]，当S5和S6断开时，在这种情况下，耦合线段可以等效为全通型传输线，相应的特征阻抗可以作为

Z0o Z0e

图1（a）所提出的四模式可重构馈电网络的示意图。 （b）配置使用的周期性非均匀耦合线路的一部分。 尺寸：Wd = 0.4mm，Ld = 1.9mm，Wl =

0.5mm，Gd = 0.1mm。

建议的馈电网络可以在两种1：1模式和两种1：2模式之间切换。 对于1：1电源模式，输入电源仅传送到一个输出端口，而输入电源则等量传送到1：2电源模式的两个输出端口。 它的等效电路为1：1模式的第一状态（状态I），如图2（a）所示。 当S1接通时，S1侧的线L1的输入阻抗理想地为零。 由于L1的电气长度等于四分之一波长，所以L1在节点A处作为开路。同样，当S3接通时，线路L3与节点B断开。这样，整个等效电路可以是简化，而开关S2和S4断开，因此对电路没有影响。 因为当S5-S8关闭时Zd = Z0，所以可以实现良好的阻抗匹配，而来自端口1的输入RF功率可以完全传送到端口2.类似地，对于1：1的另一个状态（状态II）模式，当S2，输入RF功率可以从端口1传送到3时，

Zd = Z1_oc =

(1)

2

S4打开，S1，S3关闭。

Z 和Z

是奇模式和偶模式的特点

图2（b）示出了第一状态（状态III）的等效电路

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