新型电可调微波器件与天线的研究

来源 :北京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:AHUAYA
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近年来,随着无线通信技术的不断发展和进步,可调或功能融合的器件和天线的需求日益增长。射频设备发展的便携性和小型化趋势亟需新型、结构简单且性能优异的滤波器和天线。除此之外,各种新型材料受到越来越多学者的青睐。石墨烯作为一种新型的碳基材料,其具有电场和磁场可调控性、良好的光学和导热特性、机械柔韧性等特点,为微波毫米波领域带来了新的创新思路。在此背景下,本论文主要研究了工作中心频率和带宽同时电可调的滤波器、零点可调控且功能融合的滤波天线和基于石墨烯墨水的可调谐天线。论文的主要研究方面包括:(1)设计了一种基于简单耦合线结构和变容二极管调谐技术的新型且电路结构简单的可调带通滤波器。对滤波器的设计公式进行了严格的推理,并阐述了该可调滤波器的工作原理。通过讨论馈电端口的不同位置,对比得出对角线馈电设计的优异性。为了进一步说明该滤波器结构的可扩展性,通过引入额外的电容,仿真实现了三阶的可调滤波器。为了验证设计的正确性,对二阶可调滤波器进行了版图设计和加工测试。最终所设计的可调带通滤波器的可调中心频率为0.494~1.257 GHz(87.15%),3-dB 可调带宽为 0.282~0.943 GHz(334%)。相关研究成果已发表在SCI检索的IEEE Access期刊上。(2)设计了一款基于开路谐振器原理、且采用CPW和差分馈电方式、功能融合的滤波天线。通过对两对开槽的参数讨论,对滤波零点的可调控性进行了详细分析和说明。综合考虑带宽范围以及滤波选择性,设计加工了一款CPW差分滤波天线,其工作频段(|Sdd11|<-10 dB)为3.27~4.54 GHz,带宽为1.27 GHz,相对带宽为32.52%,最大增益为9.11 dBi,融合了宽带、CPW和差分馈电、滤波且高增益的特性。相关研究成果已申请发明专利,并获得授权。(3)设计了一款基于石墨烯材料的可调缝隙天线,该可调天线是由一个传统“开口”缝隙天线和末端加载的石墨烯墨水材料组成。当石墨烯墨水的表面电导率发生变化时,天线能够实现工作带宽的可调。沉积在天线上的印刷石墨烯墨水由石墨烯粉末和氧化石墨烯分散液制成。氧化石墨烯用作有效的表面活性剂,有助于形成均匀的墨水;同时,量身定制的混合比例使石墨烯墨水具有最佳的原始电阻。干燥的石墨烯墨水在直流电压下表现为电阻可调性,并且电阻的变化会影响天线的辐射性能。初始状态的缝隙天线可实现2.83 GHz至6 GHz的10 dB工作带宽,并在施加小于15 V的电压后实现了最大0.54 GHz的频移。相关的研究成果已发表在SCI检索的Nanoscale期刊上。
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