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1、 基于RF开关和PIN二极管极化可重构悬浮天线摘要基于RF开关和PIN二极管的极化可重构平面天线，用在中心频率为2.5GHz的WLAN。天线系统由平面结构，三通开关（6个PIN二极管），从0到90相移传输线组成。在5V直流偏压和16mA PIN二极管电流下，天线可以在5个状态下切换：垂直、水平、倾斜的线性极化，左旋圆及右旋圆极化。模拟和测量结果表明，该天线的阻抗带宽为2.400 GHz 到2.484 GHz，并且具有良好的圆极化。关键词：PIN二极管，极化，可重构天线，RF开关 背景介绍在客户端和设备（如笔记本电脑、PDA、平板电脑、蓝牙和PC卡）本地网络接入上，无线局域网（WLAN）已成为最
2、受欢迎的无线通信方式。根据IEEE的WLAN标准，无线网络在2.4002.484GHz（IEEE802.11b/g）的频率段工作。无线通信系统经常遇到多径衰落的问题1。天线的多样性如极化，结构，空间和频率分集技术对解决多径衰落和增加系统容量至关重要。此外，可重构天线也以同样的方式解决多径衰落的问题2-4。近年来，可重构天线得到了大量的研究和发展。它能在适应模式切换、频率变换和极化变换等多种工作模式。可重构天线是由射频开关控制电路控制的有源集成天线（AIA）。RF开关由PIN二极管构成。可重构天线具有物理尺寸与工作波长之比小、转换速度快、寄生电抗小、宽带射频信号、节能和造价低等优点。然而，与RF
3、ICs和MEMs开关天线相比，它的插入损耗高，隔离度低5。此外，可重构天线在不同模式下阻抗匹配的设计是非常困难的6-8。极化可重构天线由天线和射频开关电路组成，如图1所示。天线使用CST模拟器进行模拟。天线通过方形板结构辐射信号。天线插入到辐射板与接地板之间留有气隙。射频开关电路部分用ADS软件进行仿真。基于PIN二极管的RF开关电路控制天线的极化将在第三部分讨论。极化可重构天线和结论分别在第四部分和最后一部分讨论。天线设计该天线根据WLAN系统协议设计，中心频率是2.45GHz。天线的衬底是环氧树脂，介电常数（）、损耗因数（）和高度hd分别为2.65、0.07和0.51mm。辐射方形板宽（W
4、）51.5mm，厚度（tp）为35m。辐射板通过线性探针在距离辐射板中心Dp的反馈点得到反馈。气隙的高度是2mm，接地平板的尺寸（G）为80mm。图1极化可重构天线原理图图2| Sij|为线性探针探测距离的函数由图2知模拟| Sij |在反馈距离从20mm到25mm的值；发现反馈距离为23mm时得到最合适，线性距离探针在| S11 |，| S22 |，| S33 |和| S44 |取得-25.08dB。阻抗带宽从2.33GHz到2.56GHz（| Sij |-10dB）。图3是| S11 |（探针1），| S22 |（探针2），| S33 |（探针3）和| S44 |（探针4）的模拟及测量结果
5、，在2.45GHz下分别为-20.27dB，-27.07dB，-29.28dB和-28.13dB。该天线的阻抗带宽能覆盖WLAN的频率。它在垂直方向（探针1和2）和水平方向（探针2和3）线性极化。天线单向辐射；天线辐射模式的模拟和测量由第四节的图8和图10解释。图3不同探针| Sij|的模拟及测量 RF电路开关设计射频开关电路使用单刀双掷开关（SPDT）；它基于菲利普半导体公司的BAP64-05 型PIN二极管；它的介电常数（）和损耗因数（）分别为6.32和0.004。50传输线的宽度为1.1mm；RF扼流圈由高阻抗线构成，高阻抗线的长度为四分之一传输波长；RF开关电路使用5V直流电源；流经二
6、极管电流为16mA时，二极管电阻为276。直流电源的耦合电容和旁路电容为120pF。模拟用单刀双掷开关切换RF电路，测量结果，| S11 |，| S22 |，| S33 |能满足WLAN的频率要求；在中心频率下测的| S12|和| S13 |插入损耗分别为-1.94dB和-2.74dB。通过对SPDT射频开关改进和集成3个RF开关，极化可重构天线可以切换5种状态（表1）。射频开关电路的实物图如图5所示。图4 SPDT RF开关电路| Sij|的模拟和测量表1 PIN开关机制对应的电路的极化状态极化可重构天线极化可重构天线实物由平面结构和集成的三个RF开关（6个PIN二极管）组成；天线共有四层：
7、天线层、气隙层、共地平面层和射频开关层。射频切换电路位于公地层下面；线性探针电极在天线反馈点和射频开关输入端口之间连接。射频开关电路有四个端口：如RF#1，RF#2，RF#3，RF#4。端口RF#1和RF#4与传输线的0度移相器相连；RF#2和RF#4与传输线的90度移相器相连；如图5所示。图5天线实物照片图6 | S11|线性极化频率的模拟和测量图7| S11|圆极化频率的模拟和测量图6是| S11|的线性极化（LP）模拟和测量结果；包括垂直极化（V-Pol）、水平极化（H-Pol）及斜偏极化。线性极化的测量值，在中心频率下的时候分别为-19.18dB，-19.13dB和-15.17dB，可
8、以覆盖WLAN信号频率。图7是| S11|的圆极化频率的模拟和测量；与线性极化一样，天线的圆极化也能覆盖WLAN信号频率。图8在xz平面的辐射模式图9在xy平面的辐射模式图10频率增益的模拟和测量图8显示天线在xz平面的电子共极化辐射的模拟和测量；从线性极化的测量结果看，在半功率波束宽度下垂直和水平极化度为58.5，偏极化度为38；LHCP和RHCP电子极化的轴向比率测量结果分别为16.5和10.8。图9显示天线在xy平面的电子共极化辐射的模拟和测量；三种半功率波束宽度下的线性极化度为62.7；LHCP和RHCP电子极化的轴向比率测量结果分别为16.53和10.75。图10是模拟在中心频率2.
9、45GHz，天线的频率增益测量值；线性极化在垂直，水平和倾斜方向的增益分别为5.58dBi，4.98dBi，5.021dBi；RHCP和LHCP圆极化增益分别为5.22 dBic和5.86 dBic 。结论在本实验中，极化可重构平面结构天线使用RF开关（6个PIN二极管）获得合适的| S11|和无线通信；满足中心频率2.45GHZ的WLAN传输。天线的带宽从2.4GHz到2.484GHz；天线可以在5个状态下切换：垂直、水平、倾斜的线性极化，左旋圆及右旋圆极化；在半功率波束宽度下xz平面和xy平面极化度大于38；模拟和测量的结果存在误差，因为极化可重构天线存在插入损耗，能较小2.5dB到3.0dB的增益。引用文献
