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如何判断谐振点?一种频率可重构天线的设计

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一、如何判断谐振点?

1、从定义上看可以通过判断串联回路电抗时候为零来判断;

2、在实验中可以通过改变信号源频率,使总阻抗达到最小,此时电路发生谐振。

测试方案:

1、改变L、C的数值,测电路中的电流,达到最大值时即为谐振点。

2、改变L、C的数值,同时测电路中的Ul和Uc,当Ul=Uc时,就为谐振点。

3、改变L、C的数值,测电路中的Ur,当Ur=Ui时就为谐振点。

扩展资料

对于包含电容和电感及电阻元件的无源一端口网络,其端口可能呈现容性、感性及电阻性,当电路端口的电压U和电流I,出现同相位,电路呈电阻性时。称之为谐振现象,这样的电路,称之为谐振电路。

谐振的实质是电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换,此增彼减,完全补偿。电场能和磁场能的总和时刻保持不变,电源不必与电容或电感往返转换能量,只需供给电路中电阻所消耗的电能。 

谐振电路在无线电技术、广播电视技术中有着广泛的应用。各种无线电装置、设备、测量仪器等都不可缺少谐振电路。这种电路的显著特点就是它具有选频能力,它可以将有用的频率成分保留下来,而将无用的频率成分滤除,比如收音机、电视机。

收音机的天线会同时接收多个电台发射的不同载波的广播节目,改变谐振电路的谐振频率,使其谐振在所需要接收台的载频上,从而选择出所接收台的广播信号,而滤除掉除此之外的其他台及外来的无用信号,这就完成了选台。电视机的选台也是这样。

参考资料来源:百度百科-谐振电路

二、天线调谐器构成

天线调谐器的构造基础是电感和电容组成的网络,这个网络有两个关键端口。一端是信号源的接入点,即发射机的连接端,另一端则是与天线相连的负载端。当在输入端测量到的电压驻波比异常偏高,表明负载与信号源之间存在失配现象。此时,可以通过调整电感的抽头或者电容的容量,以减小电压驻波比,使其接近理想状态的1:1比例。

一种频率可重构天线的设计

2016-02-21 16:34·电子技术应用ChinaAET

摘要:研究了一种基于对称结构的新型频率可重构微带贴片天线。通过在贴片上对称开槽加载PIN开关二极管,实现了良好的频率可重构特性。利用仿真软件HFSS13.0对天线进行仿真验证,仿真结果表明,天线可以很好地工作在DSC-1800、PCS-1900、UMTS3个频段,且方向图几乎保持不变。此类的可重构天线非常适合于无线通信领域的应用。

0引言

21世纪是一个信息时代,随着科学技术的飞速发展,以无线传输方式传递信息已成为时代的主题。现代移动通信、卫星通信在人们生活中起着不可替代的作用,天线作为无线传输系统发射能量的终端及接收能量的初始端,它对整个系统起到承上启下的作用,因此对其性能有很高的要求[1-2]。

频率可重构天线通过加载一个或者多个可控制器件改变天线的结构,使天线的工作频段在一定范围内重构,而其他参数基本保持不变,同时,使天线具有多频带、超宽带的性能,还能够有效避免自身和外界带来的电磁干扰,适应新的环境,确保通信的总体稳定性[3-4]。近年来,国内外对各种形式的频率可重构天线进行了不少研究[5-7]。

本文设计了一种平面贴片天线,使用二极管来控制电源的通断,实现天线在3个频段的重构。这款天线使用了共面波导的馈电方式,这种馈电方式使得这款天线有了更大的带宽、更好的阻抗匹配以及更低的辐射损耗等优点。

1频率可重构天线的设计

图1为频率可重构天线的设计结构,该天线是印制在介质基板大小为60mm×60mm×1.6mm的FR4板材上的,其相对介电常数为4.6,损耗角正切值为0.02。CPW馈线以及地板金属均是印刷在天线的上表面上,其中共面波导馈线的宽度为1mm,馈线与地板的缝宽为1.3mm,大圆的半径为15.2mm,小圆的半径为14.1mm,其余的参数为L0=6.93mm,L1=3.2mm,L2=1.5mm。此次的天线设计中使用的PIN二极管是PhilipsSemiconductors公司生产的BAP51-02,根据数据手册中给出的结论,二极管在导通状态下,等效为1.5Ω的电阻;二极管在断开状态下,等效为0.2pF的电容与10kΩ的电阻组成的并联电路。

2频率可重构天线的仿真结果

天线的仿真结果由3D电磁仿真软件AnsoftHFSS13.0计算得出,天线仿真的回波损耗如图2所示,仿真结果的汇总如表1所示。

在仿真过程中发现,天线表面的电流主要分布在槽的两端,因此改变其长度,天线的谐振点就会发生偏移。当天线上加载的二极管处于不同的状态时,天线上槽的长度也就不断变化,所以通过调整开关的通断状态就可以改变天线的谐振点位置。当所有二极管处于断开状态时,槽的长度最长,这时的工作频率也就最低;当二极管逐渐导通时,开关直接与地板相连,槽的长度被减短,谐振点逐渐向高频方向移动。

当二极管导通时只能等效为1.5Ω的电阻;在断开状态下,等效为0.2pF的电容与10kΩ的电阻组成的并联电路。断开时引入到天线中的等效电路对电流分布的影响比较大,1.5Ω电阻的影响就会比较小,所以在模式3的条件下将D3、D2全部导通。对于其他的工作模式,基于相同的原因,都选择了将其导通。

由表1可以看出,模式1的频率范围覆盖了DSC-1800(DigitalCellularSystem,1710MHz~1880MHz),模式2的频率范围覆盖了PCS-1900(PersonalCommunicationsService,1880MHz~1900MHz),模式3和模式4的工作频带覆盖了UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem,1920MHz~2170MHz),带宽很好地覆盖了所需的目标频段,而且工作频段的匹配非常好。

图3显示了3个工作频段的天线辐射方向图。该频率可重构天线在3个不同的工作频率下的结构与表面电流分布都非常相似,因此方向图在3个频段几乎保持不变,天线在模式1的谐振点1.794GHz处的最大增益为1.329dBi,在模式2的谐振点1.869GHz处的最大增益为1.177dBi,在模式3的谐振点1.956GHz处的最大增益为1.447dBi,在模式4的谐振点2.102GHz处的最大增益为1.396dBi,非常有利于此类天线应用于无线通信领域。

3结论

本文设计了一种平面贴片天线,有3个频段的工作模式,每个模式都有较大的带宽和良好的端口匹配。因为天线在不同的工作模式下结构都很相似,所以方向图保持稳定,每个都十分相似。这款天线是使用二极管来控制电流的通断,二极管较高的功率容限以及较低的价格为这款天线降低了成本。

参考文献

[1]STUTZMANWL,THIELEGA.天线理论与设计(第2版)[M].朱守正,安同一,译.北京:人民邮电出版社,2006.

[2]丁革媛,高宝芹,孙强,等.无线通信技术的发展研究[J].微型机与应用,2014,33(10):1-3,6.

[3]刘君英.可重构微带天线研究[D].合肥:中国科学技术大学,2008.

[4]田雨波,谭冠南.可重构天线研究综述[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2012,26(3):271-277.

[5]GUPTAC,MAHESHWARID,SARASWATRK,etal.AUWBfrequency-bandreconfigurableantennausingswitchableslottedgroundstructure[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation,2014,13:20-24.

[6]HUANGCT,HANTY.Reconfigurablemonopolarpatchantenna[J].ElectronicsLetter,2010,46(3):199-200.

[7]HANTY,SIMCY.Reconfigurablemonopolarcircularpatchantennaforwirelesscommunicationsystems[J].JournalofElectromagneticWavesandApplications,2008,22(5-6):635-642.

[8]张杰,熊俊,马东堂,等.多波束卫星通信系统中的物理层安全传输算法[J].电子技术应用,2014,40(11):116-119.

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天线谐振点怎么调整的
发布人:tcq760705 发布时间:2025-01-04