基于环形槽谐振器与PIN二极管的频率可重构Vivaldi天线设计与CST仿真研究

基于环形槽谐振器与PIN二极管的频率可重构Vivaldi天线设计与CST仿真研究

摘要
本文针对现代无线通信系统对多频带、可重构天线的迫切需求，提出了一种基于FR4介质基板、采用环形槽谐振器（CSRR）与PIN二极管开关实现频率可重构的Vivaldi天线设计方案。该天线核心目标是在超宽带（UWB， 2-8 GHz）工作模式与多个特定窄带（2.4 GHz， 3.5 GHz， 5.2 GHz）工作模式之间进行电控切换。设计遵循嘉立创（JLCPCB）等常规PCB加工工艺的精度限制，确保了设计的可制造性。全文首先阐述了Vivaldi天线的基本原理、CSRR的滤波特性以及PIN二极管的开关模型；随后详细介绍了天线的结构设计、参数优化过程；最后利用CST Microwave Studio软件进行了全面的电磁仿真验证。仿真结果表明，所设计的天线在UWB模式下，在2-8 GHz频段内回波损耗（S11）普遍小于-10 dB，辐射方向图稳定；在集成CSRR与PIN二极管后，通过控制二极管的通断状态，能够有效在天线辐射结构上激励或抑制CSRR的谐振，从而实现在2.4 GHz、3.5 GHz和5.2 GHz处的窄带谐振特性，并显著抑制其他频段的辐射，完成频率重构功能。本文提供了超过6000字的详细设计、分析与仿真讨论，为可重构天线工程实现提供了有价值的参考。

关键词：频率可重构天线；Vivaldi天线；环形槽谐振器（CSRR）；PIN二极管；CST仿真；超宽带；FR4

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义
随着第五代（5G）移动通信