介质支撑型单极子开关寄生阵列天线设计 design of dielectric-supported switched parasitic antenna array for mobile wireless communications.pdfVIP

第25卷第2期 电 波科学学报 V01．25，No．2 OFRADloSCIENcE 2010年4月 CHINESEJoURNAL April，2010 文章编号 1005一0388(2010)02一0209一07 介质支撑型单极子开关寄生 阵列天线设计 孙佳文 陈文华 冯正和 (清华大学电子系，北京100084) 摘 要 提出了一种能应用于无线通讯系统的新型的开关寄生阵列天线。由于采用 介质支撑单极子结构，天线具有非常紧凑的结构并且非常牢靠。控制电路上的开关 和单片机用来控制主波束的指向，通过改变寄生单元所接射频开关的状态，天线就可 以实现主波束的扫描。设计了一个工作于W乙AN频段的实验模型验证了天线的性 能，试验结果表明：该天线可以方便地实现波束扫描。 关键词寄生；开关；波束扫描 中图分类号TN820 文献标志码A 通过引入介质支撑型结构不仅减小了天线阵列的尺 1．引 言 寸且对天线增益的影响较小，同时增强了天线阵列 无线通讯系统的迅猛发展以及移动用户的快速 结构性能的稳定性，同时为了方便地实现主波束的 增长，迫切需要目前的蜂窝系统在现有的频谱划分 扫描，相应的设计了控制电路以便通过电脑控制寄 的基础上能够开发出一种更加有效的通讯网络来增 生开关的切换来实现波束的对应扫描。 加整个系统的容量。目前通讯系统需要解决许多难 2．开关寄生阵列天线理论分析 点问题，例如多径衰落、电磁兼容以及频率复用等问 题。开关寄生天线能够实现频率、方向图及极化的 图1所示为一种典型的三单元开关寄生阵列天 可重构，因而可以很好地解决上述问题。 线，由三个单极子天线组成，其中中间单元为有源单 与经典的自适应天线不同[1。7]，开关寄生天线仅元，两侧的天线单元通过单刀双掷开关与地连接。 需一个射频通道就可以提供多个方向图，并且在射 当两侧的天线单元一个短路，一个开路，就可以得到 频通道上不需要射频开关或者移相器，天线成本较 单向辐射的方向图，利用单刀双掷开关切换就可实 低并且非常稳定比有源天线阵列更适合于无线通 现方向图的180度波束切换。 信。目前国内研究主要集中于平面微带天线的可重 构‘州]。 一般来说，开关寄生单元天线的有源单元和寄 生单元具有同样的结构，距离是四分之一个波长，而 近期Lu为了减小天线阵列的尺寸发明了一种嵌入 介质的开关寄生阵列天线，其缺点就是由于引入了 大量的介质填充，增大了介质损耗导致增益明显降 低‘81。 为了获得紧凑的天线结构和良好的辐射特性， 提出了一种新颖的介质支撑型开关寄生阵列天线， 图1三单元开关寄生阵列天线 收稿日期：2009一07—24 基金项目：国家自然科学基金资助项目 联系人：孙佳文E．mail：sunjw04@mails．tsinghua．edu．cn 万方数据 210 电 波科学 学报 第25卷 对于N单元的寄生阵列天线，其阵列方程可表 述为下式 ∑二。引。=『y’ ：三； 式中：V，为有源单元的激励电压；磊为天线单元的