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激光雷达和惯性测量紧耦合的车辆高精度定位研究

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激光雷达和惯性测量紧耦合的车辆高精度定位研究

作者：陈雪松吉林大学

学位级别：硕士

定位是自动驾驶车辆技术体系中重要的一环,定位技术的精度与实时性对整个自动驾驶系统的运行有决定性影响。由于即时同步定位与建图（Simultaneous Localization And Mapping,SLAM）技术具有定位精度高、定位输出频率高以及适用性强等特... 详细信息

定位是自动驾驶车辆技术体系中重要的一环,定位技术的精度与实时性对整个自动驾驶系统的运行有决定性影响。由于即时同步定位与建图（Simultaneous Localization And Mapping,SLAM）技术具有定位精度高、定位输出频率高以及适用性强等特点,所以SLAM被广泛应用在自动驾驶车辆定位中。基于不同传感器构建的SLAM算法效果各异。例如,激光雷达具有不受光线明暗变化影响、可直接获取深度信息的优点,使用激光雷达传感器的算法因此具备更好的实时性,相对于相机方案具备更强的抗光线变化能力,更重要的是激光雷达测距信息精度高,从原理上保证了算法的输出精度;而惯性传感器不受外部场景影响,能够提供稳定的运动测量,且惯性传感器输出频率高,能够有效测量剧烈运动工况下的信息,使用惯性传感器的算法有助于满足自动驾驶系统对精度与实时性的要求。本文针对自动驾驶车辆的定位场景,结合激光雷达的技术特点,提出了一种基于特征点匹配的高精度激光雷达里程计。并基于该激光雷达里程计提出了一种与惯性测量紧耦合的算法,有效增强算法的鲁棒性,并提升定位精度及建图质量。最后,本文采用离线数据集测试以及实车测试对所提出的系统进行了验证。本文具体的研究内容如下:（1）为给激光雷达和惯性测量耦合系统提供准确的外参数,本文提出了一种由粗到精的自适应能力强的LIDAR-IMU外参数标定算法。首先采用手眼标定算法对LIDAR-IMU外参数进行初步求解,该算法能够在不依赖于传感器外参数初始值的条件下稳定运行。然后以粗标定外参数结果作为输入,结合使用IMU运动估计,计算点云重投影误差,构建联合优化函数,迭代计算得到精确的外参数。（2）针对点云规模过大导致激光里程计计算速度缓慢,以及点云横纵向分布不均匀导致特征提取局部代表性不足等问题,本文提出了一种基于地面分割提取特征的高精度激光雷达里程计算法。算法采用了基于高斯过程回归的地面分割算法,使用RANSAC算法对地面点进行向量拟合,使用PCA算法对非地面点云分布进行估计,随后进行特征分类,得到带有方向的多种几何特征。采用最近邻搜索方式建立配准误差项,并使用多度量方法为误差项赋权,使用固定平滑方法构建后端,通过最优化方法求解非线性最小二乘得到位姿估计。（3）针对纯激光雷达里程计定位输出频率低,算法在快速剧烈运动下精度降低明显以及长距离行驶中累计误差难以消除的问题,提出了一种基于激光雷达传感器和惯性测量紧耦合的算法。算法使用IMU运动预测去除点云运动畸变,把激光雷达里程计的运动估计结果作为先验,采用预积分方式处理IMU测量作为运动约束项,联合优化得到紧耦合的运动估计。利用基于分割方法生成描述子的回环检测和GPS测量消除累积误差,基于增量平滑建图的关键帧方式对后端进行管理,实现了高效的状态变量更新和维护。（4）为验证所本文提出算法的精度、实时性、鲁棒性,本文分别使用了UrbanNav开源数据集和实车测试方式对算法进行了验证。UrbanNav数据集带有轨迹真值,能够全面评估算法的定位精度。在实车实验中,使用激光雷达、惯性测量单元、GPS和工控机等设备搭建了数据采集平台,进行了多种工况的实地数据采集。使用Ubuntu18.04和ROS作为软件架构构建系统框架,基于c++实现算法开发。算法在开源和自测两个数据集中进行了充分测试,验证了系统的精度和有效性。

关键词：高精度定位传感器外参数标定多度量赋权预积分紧耦合

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超宽带双极化紧耦合相控阵天线的研究

超宽带双极化紧耦合相控阵天线的研究

作者：吕晗颖西安电子科技大学

学位级别：硕士

现代雷达和电子战系统往往需要主被动复合、共口径工作,因此对多倍频程天线系统的需求越来越迫切。在这种背景下,超宽带天线日益受到广泛的重视。紧耦合阵列天线属于新一代天线,具有宽频带、易小型化、易共型、易集成等优点,可广泛用于... 详细信息

现代雷达和电子战系统往往需要主被动复合、共口径工作,因此对多倍频程天线系统的需求越来越迫切。在这种背景下,超宽带天线日益受到广泛的重视。紧耦合阵列天线属于新一代天线,具有宽频带、易小型化、易共型、易集成等优点,可广泛用于通信、雷达和电子战系统中。本文主要研究对象为超宽带双极化紧耦合相控阵天线,论文主要内容包括以下几个部分:首先,论文根据巴伦和吸波器的原理进行了分析和建模仿真。基于巴伦平衡馈电和阻抗变换的原理,分别采用同轴渐变线和微带渐变线结构,设计了两款超宽带巴伦,两者工作频率范围均可覆盖2-18GHz,电压驻波比VSWR≤2,实现了超宽带、低剖面的特性。基于宽带吸波器的工作原理和等效电路分析,设计了一款加载集总电阻的宽带吸波器,其阻抗带宽比为3.56:1,在工作频带5.09-18.15GHz内吸波率大于90%,吸波性能良好。其次,设计了一款平置的双极化紧耦合阵列天线。该阵列天线单元结构的特点如下:单元形式为交指型偶极子,组成互相垂直的双线极化天线;天线与接地板之间加载吸波层,用于改变天线单元的传输特性并拓展带宽;馈电结构为微带渐变线巴伦;在天线上方加载宽角匹配层来改善天线单元的阻抗匹配和宽角扫描性能。经过仿真和验证,双极化天线单元可以在2-18GHz的频段内工作,其在E面和H面上的波束扫描角可以达到±45°,主极化和交叉极化隔离度大于10dB。对8×8的双极化紧耦合阵列天线进行了加工组装和测试,天线性能良好,满足设计指标,验证了设计方案的正确性。最后,设计了一款竖置的双极化紧耦合相控阵天线。在天线单元结构中加载轻量化的周期性结构,不仅简化了阵列结构,还能使相控阵天线具有更宽的扫描角。在偶极子和金属地之间引入接地短路线和集总电阻,可以有效抑制带内谐振的产生。对截断效应进行了分析,引入端接匹配负载的寄生单元能够抑制有限大的天线阵列边缘处的截断效应。仿真结果表明,该结构可以工作在2-18GHz,在E面和H面上的波束扫描角可以达到±60°,主极化和交叉极化隔离度在15dB以上。

关键词：超宽带双极化紧耦合宽角扫描吸波器巴伦

基于SIP的瀑布式紧耦合会议控制系统的研究

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基于SIP的瀑布式紧耦合会议控制系统的研究

作者：李安纪浙江大学

学位级别：硕士

SIP是专为IP网络设计的多媒体会话控制协议，能发挥下一代电信网络NGN和3G移动网的优势，将替代H.323成为开发下一代多媒体应用的基础协议。但SIP没有对网络会议的支持，目前也还没有一个实用的基于SIP的网络会议控制系统，因而研究基于... 详细信息

SIP是专为IP网络设计的多媒体会话控制协议，能发挥下一代电信网络NGN和3G移动网的优势，将替代H.323成为开发下一代多媒体应用的基础协议。但SIP没有对网络会议的支持，目前也还没有一个实用的基于SIP的网络会议控制系统，因而研究基于SIP的网络会议控制系统是非常有意义的。网络会议控制系统主要包括五大功能：应用控制、成员控制、发言权管理、通信管理和元会议管理。实际应用的网络会议控制系统只需要根据需要实现其中部分功能即可。论文选取与SIP协议最紧密相关的成员控制、发言权管理、通信管理和元会议管理四大功能，分析了其在SIP实现上的需求特点，提出了瀑布式紧耦合会议控制模型。模型通过把会议服务器本身抽象为会议，实现了服务提供者与服务的统一，由此建立层次性的会议管理模型，并设计了会议域名系统来描述这一层次关系。模型把功能模块用户化，实现了零耦合的功能扩展机制。模型也支持分布式部署，可以实现对大型网络会议的支持。模型以会议策略、用户策略和媒体策略三大策略来完全描述会议的状态，以SIP为手段，策略操作为核心实现会议控制系统的功能。为了支持SIP进行会议控制，使用了一个SIP URI参数扩展：isfocus;设计了会议控制协议CDP。CDP基于文本模式，完整描述了会议的策略信息，使服务器和客户端可以对会议状态进行灵活的协商和设置。论文给出了模型功能详细的SIP实现方法，描述了需要的消息格式和消息过程。模型的实现与SIP规范完全兼容，能够与通用SIP终端互联互通。瀑布式紧耦合会议控制模型是一个基于SIP实现的、功能比较完备的会议控制模型，具有一定的应用价值，对进一步研究基于SIP的会议控制系统和多媒体应用系统也有重要的参考意义。

关键词：网络视频会议 SIP 瀑布式紧耦合会议控制协议

一种SINS/CNS紧耦合组合导航信息融合方法

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现代防御技术 2009年第4期37卷 35-38,108页

作者：曾洪贵罗大成王明福 96325部队通信网络技术管理中心第二炮兵工程学院第二炮兵驻7102厂军事代表室

为了提高组合导航系统的定姿精度,介绍了一种松耦合组合模式的SINS/CNS组合导航信息融合方法的原理,提出了一种基于紧耦合组合模式的SINS/CNS组合导航信息融合方法,并对2种信息融合方法进行了仿真实验。仿真结果表明:和基于松耦合组合... 详细信息

为了提高组合导航系统的定姿精度,介绍了一种松耦合组合模式的SINS/CNS组合导航信息融合方法的原理,提出了一种基于紧耦合组合模式的SINS/CNS组合导航信息融合方法,并对2种信息融合方法进行了仿真实验。仿真结果表明:和基于松耦合组合模式相比,基于深耦合组合模式的SINS/CNS组合导航信息融合方法的定姿精度有了明显提高。

关键词：四元数松耦合紧耦合标准惯性导航系统天文导航系统

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基于紧耦合结构的宽带反射阵天线研究与设计

基于紧耦合结构的宽带反射阵天线研究与设计

作者：王佳友南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着移动通信和5G技术的发展,通信系统前端的天线对带宽与增益的要求越来越高。由于反射阵天线具有增益高,易于加工,馈电简单等优点,因此其有应用于移动通信领域的潜力,但其最大的缺点之一是工作带宽窄。本文利用近年热点阵列天线理论... 详细信息

随着移动通信和5G技术的发展,通信系统前端的天线对带宽与增益的要求越来越高。由于反射阵天线具有增益高,易于加工,馈电简单等优点,因此其有应用于移动通信领域的潜力,但其最大的缺点之一是工作带宽窄。本文利用近年热点阵列天线理论――紧耦合理论来拓展反射阵天线的带宽。本文结合平面反射阵天线理论与紧耦合阵列天线理论,对基于紧耦合结构的宽带反射阵天线进行了研究,主要研究工作如下:1.利用紧耦合结构和真时延线设计了一个宽带双极化反射阵单元,该单元在2-5 GHz频段内的反射相位较为线性;利用“等效距离延迟”概念,移去了频率变量,根据阵面单元与馈源相位中心的距离差来设计单元移相结构――真时延线的长度;利用“蛋格”结构实现双线极化;采用对数周期振子天线作为馈源天线。最终的反射阵面由21′21个双极化单元组成,实测结果表明在2-5 GHz内,该反射阵天线可以实现11.3-21 d Bi的增益,全频段内交叉极化比大于15d B。2.针对于上述天线在2 GHz时“等效距离延迟”偏移较大的情况,本文首次提出了一种“变耦合强度”方法。该方法根据单元在阵面中的不同位置,来设计该单元与其相邻单元的耦合强度。利用“变耦合强度”方法得到的2 GHz的“等效距离延迟”曲线更加靠拢设计线,而其他采样频点“等效距离延迟”基本不变,最终体现为反射阵天线在2 GHz时增益与口径效率均得到大幅提高,而其他频率的性能没有被恶化。经过实测对比,利用“变耦合强度”方法得到的反射阵天线比上述固定耦合的天线在2 GHz时增益提高了3 d Bi,对应口径效率提高21.6%,验证了“变耦合强度”方法的有效性。

关键词：平面反射阵天线紧耦合宽带天线双线极化变耦合强度

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基于紧耦合结构的阵列天线技术研究

基于紧耦合结构的阵列天线技术研究

作者：王晓骁西安电子科技大学

学位级别：硕士

宽带阵列天线在现今的通信和传感系统中扮演着愈来愈不可或缺的角色。先进雷达技术、软件定义无线电技术、跳扩频等技术的发展与应用也对天线阵列的带宽性能提出了更高的要求;同时,阵列天线作为雷达系统的重要组成部分,其低剖面、低成... 详细信息

宽带阵列天线在现今的通信和传感系统中扮演着愈来愈不可或缺的角色。先进雷达技术、软件定义无线电技术、跳扩频等技术的发展与应用也对天线阵列的带宽性能提出了更高的要求;同时,阵列天线作为雷达系统的重要组成部分,其低剖面、低成本的特性也会在实际应用中成为非常重要的发展方向。传统的阵列天线多采用贴片天线单元组阵的方式或者使用Vivaldi天线组成阵列天线以实现超宽带的特性,但是这两者往往不能兼顾超宽带和低剖面的需求。由此,本文针对传统阵列天线的设计局限性,对紧耦合阵列天线进行了一些研究工作。通过利用阵元之间的耦合,紧耦合天线可以在保持较小剖面的情况下实现超宽带的特性。本文首先介绍了宽带阵列天线的研究意义以及发展现状,分析了宽带阵列的常用形式以及局限性,从而衍生出了紧耦合阵列天线的研究意义和研究现状。之后对于宽带阵列天线的基本理论进行了学习,并且对紧耦合偶极子单元的阻抗以及匹配理论进行了分析和讨论。在此基础上本文通过分析不同紧耦合单元结构的阻抗以及辐射特性,设计了一种基于紧耦合结构的方形平面偶极子阵列单元,馈电采用渐变线巴伦,通过加载电阻型频率选择表面（RFSS）工作带宽可以覆盖2GHz~20GHz。通过对8×8有限阵列的仿真、加工和测试,验证了该阵列的超宽带性能良好,同时扫描角度可以达到±60°。最后,设计了一款小型化的线极化紧耦合单元,采用同轴差分馈电,通过控制馈电相位实现从双线极化到圆极化的极化可重构,并通过控制电阻型频率选择表面的位置实现频率可重构,使得天线双线极化以及圆极化的可重构工作频带在2GHz~25GHz,频率可重构的带宽在14.95GHz~32.44GHz,通过仿真得到较为理想的结果验证了这一设想的可行性。

关键词：超宽带紧耦合可重构电阻型频率选择表面

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寄生加载的超宽带紧耦合阵列天线研究

寄生加载的超宽带紧耦合阵列天线研究

作者：杨丰旭西安电子科技大学

学位级别：硕士

在以无线通信为代表的现代民用通信领域,由于各代移动通信的工作频段不同,因此基站天线的设计,需要兼顾不同频段的移动通信信号,这使得超宽带成为基站天线的重要设计要求。此外在以雷达探测为代表的现代军事领域,超宽带阵列天线也得到... 详细信息

在以无线通信为代表的现代民用通信领域,由于各代移动通信的工作频段不同,因此基站天线的设计,需要兼顾不同频段的移动通信信号,这使得超宽带成为基站天线的重要设计要求。此外在以雷达探测为代表的现代军事领域,超宽带阵列天线也得到了广泛的应用。相比于传统的宽带阵列天线,采用紧耦合技术的超宽带相控阵天线,既保留了良好的带宽和扫描性能,又有着传统宽带阵列天线无法比拟的小体型、低剖面的优势,从而具有广阔的发展前景。本文通过阻性环加载和AMC加载两种方式,来改善紧耦合阵列天线的宽带性能,具体的研究内容如下:1.研究了无限周期紧耦合阵列天线实现超宽带的基本原理,以及人工磁导体的基本工作原理,给出了无限周期紧耦合阵列单元的等效电路。利用ADS软件的等效电路仿真分析和HFSS全波仿真软件进行联合仿真,改进了无限周期紧耦合阵列的等效电路分析模型,分别给出了加载阻性环以及加载人工磁导体的无限周期阵列单元的等效电路,仿真分析结果验证了等效电路的正确性。2.结合等效电路分析法,对无限周期紧耦合阵列天线进行了全波仿真分析,通过阻性环加载的方式展宽带宽,设计了一款14:1倍频带宽的超宽带阵列天线(工作频带为0.47～6.74GHz,其驻波比小于3.0。设计了加载Marchand巴伦的等效电路模型,仿真结果表明该阵列天线能够在0.36～6.84GHz的超宽带内驻波比小于3.5,能够满足14:1的阻抗带宽。对基于双层阻性环加载的超宽带紧耦合阵列,仿真设计了4×4的有限单元的阵列天线,分析了其低频端带宽受限的原因,该天线能实现1.53～5.8GHz频带内其电压驻波比小于3.0。3.结合等效电路分析法,对人工磁导体结构进行了仿真分析,设计了一个0°反射相位频点为3.82GHz的人工磁导体。提出了加载了人工磁导体结构的无限周期紧耦合阵列天线的等效电路模型,基于ADS等效电路的仿真分析和全波电磁仿真软件HFSS的全波仿真,设计了一款7:1倍频带宽的超宽带阵列天线,其阻抗带宽为0.59～4.23GHz,其电压驻波比小于3.0。

关键词：紧耦合无限周期阵列阻性环 Marchand巴伦人工磁导体

基于LiDAR/IMU紧耦合的封闭园区自动驾驶组合定位方法

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基于LiDAR/IMU紧耦合的封闭园区自动驾驶组合定位方法

作者：王哲文湖南大学

学位级别：硕士

汽车作为常用的交通工具,为人们日常生产生活带来极大便利的同时,也存在安全性不强、效率低下、燃料消耗严重等诸多问题。自动驾驶技术的研究已经成为当今汽车行业的热点与趋势,尤其对在室外相对复杂环境中实现车辆的自主运动并完成一... 详细信息

汽车作为常用的交通工具,为人们日常生产生活带来极大便利的同时,也存在安全性不强、效率低下、燃料消耗严重等诸多问题。自动驾驶技术的研究已经成为当今汽车行业的热点与趋势,尤其对在室外相对复杂环境中实现车辆的自主运动并完成一些既定作业任务的研究,能够使其在交通运输等领域发挥更大的作用并实现更高的价值,并可有效缓解上述问题。近年来,自动驾驶技术在封闭园区场景的发展呈现上升态势,诸如港口、工厂园区等相对封闭区域凭借其车辆行驶路线固定、环境单一等特点,成为实现自动驾驶技术商业化落地的热点场景。自动驾驶车辆通常需要具备环境感知、自主定位、规划决策和车辆控制等能力,其中自主定位能力是自动驾驶车辆能够实现复杂环境下自主运动的重要基础。目前多数自动驾驶系统采用基于全球导航卫星系统/惯性导航系统（Global Navigation Satellite System/Inertial Navigation System,GNSS/INS）的定位方法,该方法依赖远距离在轨卫星的无线电信号,在弱GNSS信号封闭园区中的定位精度无法保证。且INS依靠惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）进行定位,具有定位误差随时间发散的固有缺陷。近年来,基于同时定位与地图构建技术（Simultaneous Localization and Mapping,SLAM）的定位方法因其低环境敏感性等优势逐渐成为研究热点,且基于激光雷达（Light Detecting and Ranging,LiDAR）的SLAM技术受光照影响较小,具有高度复杂环境中定位鲁棒性高的特点,有助于解决自动驾驶车辆在封闭园区中采用GNSS/INS进行定位时因信号强度不稳定导致的误差发散等问题。但现有仅基于LiDAR的SLAM技术因初始值不准确、特征点提取不稳定、垂直方向误差较大和易陷入局部最优等问题,在封闭园区环境中的定位精度和鲁棒性无法满足实际应用要求。为此,本课题采用多传感器融合定位方案,以封闭园区内基于LiDAR/IMU紧耦合的自动驾驶组合定位方法为研究对象,采用基于可变邻域和特征分类的LiDAR特征点提取方法提取稳定且代表性强的高效特征点以充分保证激光里程计定位精度。基于预积分策略对IMU数据进行处理以保证利用IMU数据所估计位姿的准确性,同时提高系统实时性。以及基于紧耦合策略的LiDAR与IMU数据融合方法,并利用车辆运动学模型约束车辆位姿以提高封闭园区场景下自动驾驶定位系统的精度和鲁棒性。首先将激光里程计分为特征提取和点云配准两部分进行设计。特征提取部分采用基于可变邻域策略确定纠偏后点云的特征点提取邻域,在设置特征提取阈值的基础上提取一定数量的特征点并根据曲率对所提特征点进行分类以使其表示不同类型特征。点云配准部分通过KD树搜索所选特征点的对应点,基于距离表示特征点和对应点间的相对关系以构建相邻时刻间自动驾驶车辆的位姿变换残差,从而得到可靠性较高的激光里程计。然后构建IMU位姿估计模型。以LiDAR测量时刻为时间基准对IMU数据进行预积分,并利用旋转约束方法估计IMU随机游走,同时在充分考虑IMU噪声和预积分量间误差传递关系的基础上构建基于IMU数据的车辆位姿估计残差。其次构建车辆运动学位姿预测模型。基于传统二维车辆运动学模型,利用系统状态量构造模型输入量,通过平面几何、阿克曼转向原理和运动学方程等构建三维车辆运动学位姿预测模型并在此基础上得到预测残差,从而实现相邻LiDAR测量时刻间自动驾驶车辆的六自由度位姿预测。为避免时间偏移对定位精度和可靠性可能造成的负面影响,进一步讨论了基于补偿优化的多传感器时间同步方法,将LiDAR和IMU的时间偏移补偿作为附加状态量并与系统其他状态量进行联合优化,基于GNSS授时并在考虑算法运行时间的基础上对不同传感器数据进行同步以得到精确的融合时间估计。同时在各传感器时间精准同步的基础上基于紧耦合方法对激光里程计、IMU位姿估计模型和车辆运动学位姿预测模型数据进行以LiDAR测量时刻为时间基准,以IMU坐标系为空间基准的多模块数据融合,并将各模块残差进行联合非线性优化,从而得到封闭园区场景下高精度、鲁棒的定位结果。最后,开展了基于封闭园区场景数据的实车试验与结果分析。通过自动驾驶试验平台车采集多组封闭园区场景的传感器数据,并根据试验结果从三方面对三种不同定位方法进行对比分析,充分验证本文定位方法的有效性。试验结果表明,与目前主流的纯激光定位方法A-LOAM和不添加车辆运动学模型的LiDAR/IMU紧耦合定位方法相比,辅以车辆运动学额外约束的LiDAR/IMU紧耦合定位方法能得到更高精度、更稳定的鲁棒定位结果。

关键词：自动驾驶车辆定位紧耦合封闭园区车辆运动学模型

基于可重构技术的紧耦合阵列天线的研究与设计

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基于可重构技术的紧耦合阵列天线的研究与设计

作者：杨康敏西安电子科技大学

学位级别：硕士

众所周知,能够实现多功能、高增益、低剖面以及宽波束扫描性能的超宽带阵列天线在更新换代的无线通信系统中受到广泛的应用,但传统的阵列天线因为受到单元之间的耦合效应的影响,导致其性能难以得到进一步的提升。针对这个问题,本文结合... 详细信息

众所周知,能够实现多功能、高增益、低剖面以及宽波束扫描性能的超宽带阵列天线在更新换代的无线通信系统中受到广泛的应用,但传统的阵列天线因为受到单元之间的耦合效应的影响,导致其性能难以得到进一步的提升。针对这个问题,本文结合当今国内外紧耦合阵列天线以及可重构天线的研究现状,主要开展了以下两个方面的工作:1、设计了一款工作在2-6GHz的紧耦合阵列天线。设计过程中,首先,分析该结构下的周期天线单元的阻抗特性,并依据该特性设计了一个具有宽带阻抗匹配与平衡馈电功能的馈电结构;其次,对该周期天线单元及其组成的8×8有限大阵列天线进行仿真和分析,结果表明,此天线在2-6GHz(VSWR≤3:1)的工作频段内,可以实现±45°的波束扫描性能;最后,根据仿真结果,对天线进行实物的加工和测试。2、设计了一款能够在3-9GHz与13-16GHz两个工作频段间切换的基于可重构技术的紧耦合阵列天线。设计过程中,首先,进行方案的选择,由于超宽带紧耦合阵列天线在低频处的增益较小,为了达到指标要求,本文提出一种基于可重构技术的紧耦合阵列天线——在普通偶极子天线单元之间加入耦合部分,通过控制耦合部分的断开与连接,实现两种工作模式的切换。断开后单元形式为普通偶极子,而连接后在加长普通偶极子天线臂的有效辐射长度的同时,增强了天线单元之间的耦合效应,使得普通偶极子天线单元转变为紧耦合偶极子天线单元,这不仅使得天线工作频段转移到低频段,而且拓展了低频处的工作带宽;其次,分析普通偶极子与紧耦合偶极子两种工作模式下该周期性天线单元的阻抗特性,在此基础上设计了一个能够同时适用于两种工作模式的馈电结构;再次,对两种工作模式的周期天线单元及其组成的8×8有限大阵列天线进行仿真与分析,结果表明,所设计的天线处于紧耦合偶极子工作模式时,工作在3-9GHz(VSWR≤3:1),可以实现±45°的波束扫描性能,处于普通偶极子工作模式时,工作在13-16GHz(VSWR≤3:1),可以实现±30°的波束扫描性能;接下来,利用HFSS仿真软件Lumped RLC与Finite Conductivity边界条件,在原模型中加入PIN二极管的等效电路模型及其直流偏置电路并进行仿真,其结果与之前理想状态下的仿真结果基本一致;最后,根据仿真结果,对天线单元进行实物的加工与测试。

关键词：紧耦合偶极子阵列可重构超宽带