小型化多模谐振器宽带天线关键技术研究

Multiple mode resonance (MMR) is a recently developed bandwidth enhancement technique for compact antennas. For a traditional narrow-band antenna, it has been proven that the impedance bandwidth can be multiplied by applying this technique, whereas remaining its compact size. .In this proposal, we are going to study several key techniques in the MMR-based antennas, aiming at overcoming the drawbacks and to broaden the usage. First, the antenna miniaturization is going to be studied, including the size reduction of the MMR radiator itself and the cancellation of the wideband impedance transformer. Second, the mode-selection and/or mode-suppression techniques are to be studied, which are effective for bandwidth-controllable antennas, multiple-band antennas and frequency-notched antennas. Also, the improving of the radiation pattern bandwidth can be realized by applying the mode-suppression technique. Third, the antenna model in circuit level is going to be investigated. The equivalent circuit parameters will be extracted by using numerical approaches, the relationship between the geometrical parameters in antenna structure and the circuit parameters in the equivalent model is going to be explored, for developing synthesis method of the MMR-based wideband antennas.

多模谐振是近年来兴起的一种针对小型化天线的新型带宽展宽技术。研究表明，将该技术应用于传统的窄带天线之后，不仅能够成倍的拓展原天线阻抗带宽，还能同时保留住原天线的小型化优势，具有较大的发展潜力。. 本课题旨在解决当前多模谐振超宽带天线设计中的几个关键问题，以便进一步提高其实用价值，拓宽使用范围。计划研究多模辐射器超宽带天线的最小化问题，主要工作为在保持工作带宽基本不变的前提下，如何减少辐射器尺寸和免除宽带阻抗变换器；研究天线辐射模式的选择及抑制技术，以实现带宽可控、多频带和陷波等功能天线，能够通过针对性选择模式方向图，改善天线宽带辐射性能; 利用参数提取技术研究天线等效电路模型，探索天线物理结构参数与电路模型参数之间的对应关系，为天线的电路级分析奠定基础，并能为此类天线的综合设计提供研究思路。

在本研究中，研究人员基于平面辐射缝隙结构，辅以灵活多样的耦合馈电结构，利用多模谐振原理，实现了对传统缝隙天线工作频带的拓宽以及其它关键电性能的优化和改进。主要研究工作分为以下几个部分：.（一）宽带平面缝隙天线部分.1.设计实现了一种工作带宽极宽的窄缝隙平面超宽带天线。依托于研究组的前期研究工作，在一个前期的超宽带天线的基础之上，通过进一步优化设计馈电部分的物理结构，成功的实现了一种阻抗带宽为3.8-20GHz(相对带宽为140%)的窄缝隙超宽带平面天线。该天线在带宽拓展的同时，并未牺牲额外的天线面积（尺寸），具有良好的应用前景。.2.系统的研究了多模谐振窄缝隙天线馈电点处的输入阻抗规律。利用史密斯圆图工具，对宽频带范围内的天线输入阻抗进行了仔细的研究，并总结出若干有用的结论。基于上述结论，设计实现了一种参考阻抗为50欧姆的窄缝隙平面超宽带天线。相对于原始设计，该天线结构简洁，在测试时无需额外的阻抗匹配网络，减少了天线的实际尺寸，提高了天线的实用性。.3.设计实现了一种小型化窄缝隙平面超宽带天线。利用圆图工具，从天线耦合馈电处输入阻抗的变化规律出发，在阻抗带宽不变的前提下，将天线辐射缝隙的宽度缩小到了原始尺寸的三分之一左右，为此类天线的小型化设计提供了新的思路。.（二）其他宽带天线设计.1. 高增益8字形圆极化天线设计：通过设计一款8字形折叠振子，成功的实现了一种宽带宽角的圆极化天线。.2. 水平扫描扇形波束天线设计：设计实现了若干款具有扇形波束的波束扫描天线，此类天线可以利用平面工艺加工制作。.3. 设计成功了两款平面宽带定向天线，分别为折叠型八木天线和高增益Vivaldi天线。.4. 设计成功了一款宽带双模贴片线极化天线.