像素天线最基本的组成部分是组成天线结构的像素贴片。这些像素贴片都是亚波长的金属,且各像素贴片通过开关连接,产生天线所需的阻抗和辐射特性。最普通的像素贴片的形状是正方形,实际上也是最好的并且使用最多的形状。像素天线的几何形状更加多样化,可以通过的像素贴片组成各种不同形状的平面结构,像素天线在概念上甚至可以扩展到三维结构。
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像素天线的设计一般分为驱动区域和寄生区域。驱动区域一般位于近端口区域,主要影响输入阻抗;寄生区域的像素贴片通过与驱动区域的像素贴片之间的耦合被激励,主要影响天线的辐射性能。通常情况下寄生区域的像素贴片占主导地位,其贴片所占的物理区域大于驱动区域。
常规的可重构像素天线中,一般都是使用电小的大小相同的像素单元,每个单元之间通过开关连接。但是,由于越靠近馈电端口,天线表面的电流强度变化也越明显,开关的通断对天线输入阻抗的影响也就越大。随着距馈电端口的距离越远,开关通断状态的改变对天线性能的影响会越小。因此,在这种使用均匀尺寸像素单元构成的可重构像素天线中,不同位置的开关对天线可重构性能的贡献也不尽相同。
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传统的可重构像素天线为了达到丰富的可重构灵活性,就得需要大量的像素贴片和开关,这就大大增加了天线的复杂度,提高了加工成本和难度。为了解决这一难题,非均匀尺寸的可重构像素天线被提出。随着距馈电端口距离的增大,可以使用更大的贴片,这样不仅能够均衡不同开关通断状态变化对天线的影响大小,还能明显地减少开关的数量,降低天线的复杂度。
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不管对于均匀尺寸的像素天线还是非均匀尺寸的像素天线,每个像素贴片之间都要通过开关连接在一起,然而为了进一步的降低像素天线设计的复杂度,尽可能的减小开关的数量,可以根据像素天线的指标要求,合理利用优化算法,比如遗传算法,设计优化像素贴片阵列布局方式,通过算法计算出开关数量需求,对于不必要的开关可以利用导线代替,减少开关数量,达到降低像素天线设计的复杂度的要求。
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