关键字 |
| 认知无线电、宽带天线、超宽频天线,可重构天线,窄带天线。 |
介绍 |
| 在过去的几十年里,无线电频谱的严重短缺一直是主要动机总是由无线通信领域的研究人员使用。一直相信这短缺主要是由于物理无线电频谱短缺和由于wireless-interaction不同设备的快速传播功能,如手机、笔记本电脑、家用电器、无线标签,等。传统的和共同的方法来解决这个问题已经增加单位时间内可以传输的比特数和频率,导致高容量在给定频率带宽。为此,和基金已经花了相当可观的研究成果,开发先进的无线接入技术,以及世界各地的许多研究仍在进行中。然而,最近的一份报告中公布的美国联邦通信委员会(FCC)展示了一个令人惊讶的发现,这突显出不同的频率资源短缺的原因:“在许多乐队,频谱访问比物理稀缺的频谱是一个更重要的问题,很大程度上是因为遗留指挥控制监管,限制潜在的能力谱用户获得这样的访问”。因此,大部分的授权频谱不是利用大部分的时间和空间,以及频谱是丰富的。我们一直试图把更多的信号到拥挤的频带即使旁边有几乎免费频段。这个矛盾的事实导致了复杂和旧规定,阻止我们利用更加灵活和开放访问这些丰富的乐队。雷竞技app下载苹果版显然,为了提高效率我们的自然频谱资源利用率,更灵活的频谱管理技术和法规要求。新兴功能丰富和高速率无线应用程序把这个对无线电频谱的需求不断增长。频谱资源的稀缺性以及使用的效率低下,造成当前无线电频谱规定,需要开发新的动态频谱分配政策,更好地利用现有的频谱。 |
| 当前频谱分配制度分配特定的乐队特定服务,和授予许可乐队只授权用户的访问。认知无线电(CR)将彻底改变频谱分配的方式。CR网络,智能广播允许未经授权的用户(二级用户)访问部分谱带授权给主用户,同时避免干扰他们。在这个方案中,第二个用户可以使用光谱传感硬件/软件定位光谱部分与主用户活动或减少空闲频谱槽,选择最有效的渠道,协调与其他二级用户访问这个通道,并腾出通道当主用户需要它。 |
| 认知无线电是一种智能无线通信系统,知道它的周边环境(即。,outside world), and uses the methodology of understanding-by-building to learn from the environment and adapt its internal states to statistical variations in the incoming RF stimuli by making corresponding changes in certain operating parameters (e.g. transmit-power, carrier-frequency, and modulation strategy) in real-time, with two primary objectives in mind: |
| •高可靠通信随时随地获得; |
| •高效的无线电频谱的利用率。 |
| 认知无线电的天线系统是实施一个组成部分。两个天线所需CR系统,第一个宽频带天线通常是一个超宽频天线和另一个是窄带天线频率重新配置属性。一种超宽频天线用于频谱范围内的3.1 ghz 10.6 ghz,以找到一个空槽。目前空槽,二级用户使用窄带天线传输数据通过空槽。如果主用户的使用需求,槽,然后频率重新配置属性,这是结合窄带天线可以继续指定的数据传输到另一个空槽。现在我们将概述了认知无线电的超宽频和可重构天线应用[1][2]。 |
超宽频天线 |
| 乐队分配给通信是一个惊人的7.5 GHz,迄今为止最大的带宽分配任何商业陆地系统。超宽频定义3.1 ghz 10.6 ghz的频率范围。FCC超宽频裁决分配频谱分配的1500倍一个UMTS(通用移动通信系统)许可证,更糟糕的是,乐队是免费使用。超宽频带进主流的努力受到了更大的敌意,因为两个原因,一个系统的巨大带宽意味着超宽频可能提供数据Gbps的顺序和b)带宽坐在这些团体的许多现有的分配引起关注与主配置。超宽频的巨大潜力之一,然而,是移动的能力之间的数据率很高,短链接距离和数据率非常低,距离长链接应用程序。 |
| 在超宽频天线扮演着一个至关重要的任务系统,它不同于窄带系统。超宽频系统传输极窄脉冲的1纳秒或更少导致带宽超过1 GHz或更多。然而,设计和制造高性能传输/接收天线通常在这些系统的实现提出了重大挑战。挑战在于天线的发展,能够处理这些高速脉冲列车。超宽频天线的设计是非常困难的,因为部分带宽大,天线必须涵盖multiple-octave带宽来传输中订单的纳秒脉冲持续时间。因为数据可能包含在超宽频脉冲的形状,天线脉冲失真必须保持到最低限度。从系统设计的角度来看,天线的脉冲响应是特别感兴趣的,因为它有能力改变或传输或接收脉冲的形状。在实践中,必须尝试极限振幅和群时延失真低于特定的阈值,确保可靠的系统性能[3]。 |
| 符合所有这些要求的微带天线被提名。然而,由于其窄带宽,介绍了许多解决方案,比如使用不同形状的补丁可以容纳多模表面流波,进而导致在多波段频率产生共鸣,最后整个超宽频范围扩大的阻抗带宽。中提出了宽带天线形状;三角形单极[4],圆形和椭圆形圆盘单极子[5][6]。另一种方法是通过应用selfcomplementary原则圆盘和环磁单极子天线[7][8],分别。 |
| 带宽可以增强使用三重提要配置连接到广场平面单极天线的下缘。这种方法有助于激发更加统一的平面单极天线表面电流。当这样的喂养结构是直接应用于圆形和椭圆单极子然后喂点不会配合的表面电流分布不同的谐振模式。因此,在尝试任何我修改补丁本身之前,应该更加意识到内部的模式形成的形状。两个IM技术,首先是使用四分之一波变压器,第二个是通过使用一个曲线微带饲料线,这是更有效,因为它增加了一个多余的并联电容的前端天线等效电路可以应用。通过蜿蜒的所需的容抗是通过两个直角转弯,因为弯曲微带线使前端添加多余的并联电容的等效电路[9]。 |
| 当努力增加带宽,它也会导致增加的交叉极化。然而,一个纯粹的线性极化是必要的在许多应用程序中,尤其是那些寻求圆偏振。有兴趣两口的圆极化微带贴片天线的圆极化。最常见的一种方法增加微带贴片天线的带宽,避免交叉极化是增加衬底厚度。它已经表明,微带贴片天线的带宽是一个介质厚度的线性函数。增加贴片天线的带宽与厚介质衬底也增加了串联电感。本系列电感可以减少的帮助下厚厚的喂养调查。不幸的是,这种技术通常有实际问题。具体地说,使用厚探测结构的贴片天线,在陶瓷基片,对机械设计挑战。添加一个厚探针增加天线的价格。 Avoiding the need for a thick probe has advantages. This communication presents a feeding structure which allows the use of a thicker substrate and thus increased bandwidth without added cross polarization, and does not use a thick probe.[10] |
| 四个技术申请了良好的阻抗匹配在超宽频范围:1)特别设计的贴片形状,2)之间的锥形连接片和给水管路,3)优化部分地平面,和4)槽的设计是基于分形形状的知识。除了实现宽的带宽有许多超宽频系统的设计问题,如天线设计,信道模型和干扰。超宽频天线必须占地极宽带3.1 -10.6 GHz(带低3.1 - -5.1 GHz,上带5.85 -10.6 GHz)对于室内和手持应用程序,有电体积小,效率高。此外,他们需要在时间和频率域,非色散特性提供窄脉冲持续时间提高高数据吞吐量。天线在频域通常以辐射模式,方向性,阻抗匹配和带宽。然而,有一些要求的天线无线系统无论超宽带和窄带的监管问题一样,天线增益、天线效率,和群延迟的天线。 |
| 平面单极子天线被广泛用作超宽带天线由于体积小,结构简单。这种类型的天线可以很容易地匹配在3.1到10.6 ghz。但是最主要的问题是这个天线的辐射方向图退化在更高的频率。这种退化导致错误在许多应用,如高精度定位系统,便携式设备,和认知无线电系统,需要稳定的全向辐射模式在整个超宽频频带。这可以改进的帮助下使用一个圆形形状的地面[11]。 |
| 另一种方法来改善阻抗匹配是利用地面。切口的地面可以调整磁盘之间的电磁耦合效应磁单极子和阻抗匹配的地平面,从而改善没有任何大小和成本费用[12]。通过适当的设计超宽频天线可以获得所需的结果。 |
可重构天线 |
| 由于电子和无线通信的迅速发展,移动设备的需求操作在不同的标准或不同的应用程序扩展。另一方面,无线系统正在向多功能性。可重构天线,具有可调的基本特征,包括操作频率,阻抗带宽,辐射模式,和两极分化,是一个适合的候选人提供多功能性。此外,认知无线电(CR),它被认为是未来的通信,需要一个传感天线和监控的能力,沟通交流和一个天线,可以重新配置选择频带。这导致了一个高频率可重构天线的发展兴趣利用频谱效率。 |
| 增加当前无线平台的功能,提高他们的服务质量,frequencyreconfigurable天线作为一种替代方法用于多波段天线。我们的研究包括各种可重构开关如射频微机电系统(RF MEMS)、pin二极管、变容二极管可以直接整合到天线结构成功地形成频率可重构天线。 |
| Frequency-reconfigurable天线,有固有的带通特性,通常有优秀out-ofband拒绝没有过滤器。可重构天线可以有高阶共振时,通常他们是远离操作乐队,因此可以用更少的选择性移除过滤器以更低的成本。至关重要的是,一个公平的成本比较这两个可选方案中包括两个天线所需的过滤器的成本。这里我们讨论frequency-reconfigurable天线结构适合消费者类型移动multiradio平台上的实现。这类天线通常配备开关所控制的直流偏置信号。在切换开关状态之间的切换,天线可以重新配置支持一组离散的操作频率[14]。 |
| 有三种类型的frequency-reconfigurable天线结构的主要候选人multiradio无线平台:贴片天线,线天线,PIFAs。每个员工不同的机制以达到所需的频率重构性。首先,补丁,各种槽通常引入绕道贴片天线上的电流通路控制他们的共鸣。这些槽的长度可以控制开关重新配置贴片天线的工作频率。第二,线天线的谐振频率主要是由它的长度或周边,也可以控制重构性。例如,一个单极天线第一共振时,其长度是大约四分之一波长,而环形天线共振频率,其周长大约是一个波长。随后,各种开关可以实现改变这些线天线的长度或周边允许操作在不同的频段。第三,PIFA结构可以视为半尺寸槽,其饲料和地面位置决定了天线的输入阻抗。通过改变PIFA饲料或地面的位置,它的操作方式可以重新配置,允许其共振频率控制。 |
| 用于连接多个MEMS开关的小导电垫形成大小不一的贴片天线,有不同的共振频率。虽然这种方法提供了极大的灵活性对贴片天线的工作频率和极化,所需的交换机数量可以很容易变得如此高额的成本和损失的开关和相应的复杂的偏置电路的实现这种结构非常具有挑战性。 |
| 另一个方法是减少垂直槽贴片天线与二极管开关放置在中间的槽。开关时,水平的主要电流片的第一共振只是略微不安相比没有插槽。因此,这个槽引入有限对贴片天线的谐振频率的影响。但当开关是关闭的,横向电流,被迫绕道槽和旅行更长的路径;结果,贴片天线共振频率较低。最近,实现了可切换的插槽在地平面,使频率重构性补丁天线设计[15]。 |
| 可重构天线发展的主要挑战之一是交换机的集成。通常,三个主要类型的开关、rf微机电系统pin二极管、变容二极管,用于为无线应用程序开发frequency-reconfigurable天线。pin二极管的优点包括驱动电压很低,相对高功率处理能力和极低的成本。因为没有移动部件pin二极管开关,他们也表现出非常高的可靠性。然而,这样的二极管在他们的国家需要一个直流偏置电流,消耗大量的直流电源。rf微机电系统开关,恰恰相反,是由高直流偏置电压和驱动组合静电荷,因此目前没有画,他们几乎没有消费能力。因为rf微机电系统开关依靠物理金属连接,他们提供极低的插入损耗,相对较高的隔离,极高的线性和很宽的带宽。然而,rf微机电系统中的机械运动转换仍然需要过高的驱动电压(在大多数情况下大于60 V),收益率相对较低的速度。目前,rf微机电系统开关的高成本是另一个因素,阻碍了他们在商业产品[16]的扩散。 |
| 积分变容二极管在天线结构是一种常见的方式实现频率敏捷性。产生共鸣的微带辐射器由几个较小的补丁可以被变容器相互联系。这些变容器是独立的电气长度的改变相应的补丁。相应的共振频率,从而改变模式。此外,不平衡的变容二极管集的偏置电提要指出天线中心的转变。这样,馈点阻抗的实部已被修改来获得所需的最佳阻抗匹配。馈点定义的角位置天线极化状态。所以,整个微带结构可以调整电尺寸,形状,和馈电点位置,同时保持其众所周知的特点。 |
| 还有两个主要障碍,目前仍限制其广泛的multiradio移动平台上的实现。在天线方面,电力消耗的pin二极管开关仍相对较高的移动平台,电池寿命的最重要的一个方面。RF微机电系统交换机提供了几乎理想的权力和射频性能,但今天他们的成本仍然过高的消费市场。的天线能够操作的带宽超过一个八度的同时提高性能的特定的吸收速率。 |
| 在无线模块方面,独立的多样性逻辑电路介绍了无线连接额外的损失。这可以显著缓解时插入损耗更多的收音机是集成到一个模块。幸运的是,合并更多的收音机的趋势是逐渐发生,作为初始的成功合并GPS和3 g和超宽频最近显示蓝牙。所以,我们认为更接近实际的可重构天线实现今天的市场。 |
结论 |
| 超宽频和频率可重构天线都是有前途的,许多工作都发生在这个区域。超宽频天线应该被设计成具有规范的平面振幅和线性响应所需的带宽。超宽频系统天线系统的重要组成部分。其特点对整个系统的性能产生影响。Frequency-reconfigurable天线有很大的潜力减少生产成本,并提供更好的带外干扰抑制。然而,需要增加交换机可以使设计复杂化,可以添加更多的直流功耗如果rf微机电系统开关不习惯。更好的性能可能会从这些可重构天线,但目前,rf微机电系统生产成本是广泛使用的一种威慑。选择最优方法需要考虑所有components-filters和开关成本估算的成本。一般来说,在设计这些可重构天线,我们发现它必须减少所需的开关和妥善的地方。然而,定位开关非常接近一个共同点可以消除这些问题。 |
| 的融合越来越多的收音机到一个无线模块和低成本的商业化,lowdriving - rf微机电系统电压开关,我们相信,可重构多波段天线会增殖multiradio无线平台在不久的将来。 |
表乍一看 |
 |
| 表1 |
|
引用 |
- m·a .晨祷,超宽带通信:小说Trends-Antennas和传播,InTech发表的哲理,克罗地亚,第183 - 177页,2011年7月。
- k·p·雷,“超宽乐队印刷单极子天线的设计方面应用程序”,国际期刊的天线和传播,卷2008,pp。3。
- k . YekehYazdandoost和r . Kohno”,对超宽带天线设计与分析系统”
- 吴w . l . Wang, X.-W。施、f·魏和Q.-L。黄”,设计一种新型单极超宽频天线获得地面”,C电磁学研究的进展,5卷,13-20,2008页。
- k·h·Sayidmarie和y . a . Fadhel“自补超宽频应用圆盘天线”,C电磁学研究的进展,24卷,第122 - 111页,2011年。
- y . a . Fadhel, k . h . Sayidmarie”后环平面天线的宽带行动”,学报ISAP2011,济州岛,韩国,2011年10月25 - 28。
- d . m . Pozar和d·h·Schaubert微带天线,微带天线和阵列的分析和设计,约翰威利& Sons, Inc .,霍博肯,新泽西,1995年5月,页157 - 166。
- 诉Wongpaibool”,改善axial-mode-helical-antenna阻抗匹配利用三角铜带2.4 - ghz无线局域网”,IWCMC ' 08年,克里特岛,希腊,第873 - 869页,2008年6 - 8月。
- 哈利勒·h·Sayidmarie和亚a . Fadhel”设计方面的超宽频印刷椭圆单极天线阻抗匹配”,拉夫堡天线与传播会议,2012年11月12 - 13日。
- MajidManteghi。“分析计算Probe-Fed微带贴片天线的阻抗匹配”,IEEE天线和传播,57卷,12号,3972 - 3975页,2009年12月。
- FoadFereidoony SomayyehChamaani,赛义德阿卜杜拉Mirtaheri”系统设计的超宽频单极子天线稳定的全向辐射模式”,IEEE天线和无线传播信件,11卷,pp - 752 - 755, 2012。
- 问:吴,r·金j . GengAnd j .老挝“超宽带矩形圆盘单极天线与地面取得”,电子信件Vol.43 11号,2007年5月24日。
- 哈米德Boudaghi MohammadnaghiAzarmanesh, Mehdi Mehranpour,“Frequency-Reconfigurable单极子天线使用可切换的地面开槽结构”,IEEE天线和无线传播信件,11卷,PP - 655 - 658, 2012。
- A . f . Sheta和s f·马哈茂德·“广泛可调紧凑的贴片天线,IEEE无线Propag.Lett天线。7卷,40-42,2008页。
- Songnan杨Chunna,海伦·k·潘阿里大肠Fathy和维k . Nair,“频率- Multiradio无线平台的可重构天线”,IEEE微波杂志,2009年。
- 通用Rebeiz和J.B. Muldavin RF MEMS开关和开关电路,“IEEE微波杂志,2卷,页59 - 71年,2001年12月。
|
菜单
