摘要
随着现代社会通信需求的不断增加，无线通信技术得到了飞速发展，传统的单天线形式已不能满足系统更高的通信需求，基于此，可重构天线技术相应提出，目前已成为当前天线领域的研究热点。可重构天线分为单参数可重构和多参数复合可重构两大类，复合可重构天线可实现同一天线口径多参数可调节状态下工作，极具研究价值。 可重构天线是集电磁、机械、热等多学科于一体的功能系统，天线的结构特性和电磁特性是相互影响，相互制约的。目前，对于可重构天线的研究多是通过仿真来判断结构特性对电磁特性的影响，缺乏系统的研究理论，不仅使高性能可重构天线结构的设计研制十分困难，还导致难以定性描述可重构天线的电磁特性，这将严重制约着可重构天线的进一步发展与应用。建立可重构天线机电耦合模型可以明晰可重构天线结构参数与电性能的影响关系，分析复杂环境对天线电性能的影响，为可重构天线性能评价提供技术支持。因此，对可重构天线机电耦合理论的研究很有必要。针对可重构天线机电耦合理论的研究，本文所作的研究工作如下： 1、提出了一种以微带天线为载体的频率与方向图可重构天线，天线共有多种开关组合状态，本文选取四种组合状态进行深入研究，天线谐振频率可实现8.66GHz(X波段)和15.26GHz(Ku波段)可重构，辐射方向可实现主波束在+36°和-36°可重构，且S11参数小于-10dB，增益大于5dB，满足一般通信需求。同时对不同开关组合状态、不同结构参数变化下可重构天线的电性能做了仿真分析，得出了一些规律性的结论。 2、针对提出的频率与方向图可重构天线，结合传输线模型、空腔模型等微带天线分析理论，建立了可重构天线机电耦合模型，包括天线结构-谐振频率耦合模型及天线结构-方向图函数耦合模型，并进行了数值验证，谐振频率耦合模型的结构参数变化在1mm范围内，模型与仿真的相对误差小于5%，方向图耦合模型W0参数变化在0.4mm范围内，L0参数变化在0.1mm范围内，模型与仿真的相对误差小于5%，认为本文建立的机电耦合模型在一定范围内是适用的。该模型为后续可重构天线电性能影响机理的分析提供了理论基础，能快速分析不同环境载荷影响下天线电性能的变化，评估可重构天线性能，同时也能进一步指导可重构天线结构设计，以满足不同服役环境下对天线电性能的要求。 3、考虑可重构天线工作频段，分析了几种可重构天线可应用的服役环境(星载、机载、车载等)，选取星载这一典型的服役环境，使用ANSYS仿真分析了可重构天线阵列热变形情况，提取其中一个单元变形信息，对可重构天线单元的变形情况进行分析，并基于可重构天线机电耦合模型，计算了星载服役环境不同温度载荷影响下，可重构天线电性能的变化情况，得出结论：可重构天线在星载热环境极端高温和极端低温的影响下，谐振频率会发生一定的偏移，偏移量最大0.12GHz，当天线处于频率可重构模式下时，发现温度载荷对模式一(高频)的影响要稍大一些。当天线处于方向图可重构状态时，星载高温环境和低温环境都会使可重构天线波束指向偏移以及增益下降，相比来说，低温环境下可重构天线变形程度更大，因此，其指向偏移和增益损失都要略大于高温环境，其中，当天线处于模式四时，增益损失最大为0.15dB。
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