基于RF MEMS开关的可重构天线的设计与研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ah20090907
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随着5G信息时代的到来,作为通信系统的重要组成部分,天线正在被提出了更高的要求,同时也面临着诸多机遇与挑战。与传统天线不一样的是,可重构天线使其能根据不一样的需求及环境来调整工作状态,使得其更高效、更可靠地进行通信。与其他的电子开关器件相比之下,“微小型器件”RF MEMS(Radio Frequency Micro Electro Mechanical Systems,RF MEMS)开关具有低插入损耗、高隔离度、易于集成等优势,可以帮助实现天线的小型化和集成化。本文研究的是基于RF MEMS开关的可重构天线,设计了一款低电压、高电容比、低面积的电容式RF MEMS开关,也设计了频率、方向图可重构两款天线。在RF MEMS开关的设计上,本文提出了两种开关设计方案,其中一种设计方案是为了降低开关整体面积。两种方案设计的RF MEMS开关经过比较,本文得出了一款低电压、高电容比、低面积的电容式RF MEMS开关:下拉电压为1.9 V、电容比为165.78:1、开关整体面积为80600μm2。在射频性能(0-30 GHz)方面,当RF MEMS开关处于“Up”态时,RF MEMS开关的插入损耗S11在0-23GHz频率范围内均小于-20 dB,插入损耗S11最大也仅为-18.7 dB。在0-29 GHz频率范围内,RF MEMS开关最差的隔离度S12也仅为-0.11 dB;当RF MEMS开关处于“Down”态时,在0-29 GHz频率范围内,隔离度S12均小于-20 dB,最差隔离度S12为-24.09 dB。在0-29 GHz频率范围内,RF MEMS开关最差的插入损耗S11也仅为-0.35 dB。在天线设计上,本文分别提出了频率、方向图可重构天线两种解决方案,并优化设计出相应的天线。在频率可重构方面,提出了一款适用于5G通信频段(3.30 GHz–3.40 GHz、4.80 GHz-5.0 GHz)的天线,该天线在四个RF MEMS开关控制下,实现了谐振频率为3.40 GHz和4.90 GHz重构;在方向图可重构方面,提出了一款谐振频率为4.90 GHz的天线,该天线在两个RF MEMS开关控制下,实现了方向图在110和-110之间切换的重构。最后,本文给出了RF MEMS开关加工的探讨及方案,以及根据仿真设计加工出了天线实物并测试。频率可重构方面,测试实验结果得到,在“状态1”下谐振频率为3.30 GHz;在“状态2”下谐振频率为4.95 GHz。方向图可重构方面,在两种状态下天线的谐振频率均为4.81 GHz。天线工作在谐振频率时,实现了方向图的可重构,两种状态下二维增益方向图主辐射方向在YOZ面上分别实现了θ=120和θ=-120的偏转,增益均为4.03 dB;二维增益方向图在XOZ面上保持一致。
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