基于目标特征模及磁电谐振特性的宽带低剖面天线理论研究

It is a important issue urgent to be solved in the field of antenna research that how to maintain the wide bandwidth and low profile characteristics of an antenna (especially a directional antenna) simultaneously. When the electric resonator (such as dipole, bowtie antenna and etc.) is close to a conductivity plane, the plane will reduce the radiation resistance, increase the Q value and damage the wide bandwidth properties of the resonator. While the magnetic resonation antenna (such as microstrip antenna, slot antenna and etc.) is affected less by the conductivity plane, but generally it has a relatively narrow bandwidth. As that it is easy to achieve wide bandwidth for electrical resonant antenna and easy to achieve low profile for magnetic resonant antenna, this project proposal intends to use electric resonant and magnetic resonant structures together, adopting the method of characteristic mode theory, research and design an antenna with wide bandwidth and low profile characteristics. The research is expected to reveal physical nature and radiation mechanism of the antenna over the frequency band, provide a new idea for the design of wideband and low profile antenna and create a new method for wideband and low profile antenna design.

如何同时保证天线、特别是定向天线的宽带和低剖面特性是天线研究领域的一个亟待解决的重要课题。当电谐振天线（例如对称振子、蝶形天线等）靠近平行于其表面电流的导体面时，导体面将会降低天线的辐射电阻，增加其Q值，破坏其宽带特性；而磁谐振天线（例如微带天线、缝隙天线等）较少受到导体面的影响，但其本身的带宽较窄。针对电谐振天线较易实现宽带特性及磁谐振天线较易实现低剖面特性的问题，本项目拟综合利用电谐振和磁谐振结构，采用特征模理论的分析方法，研究并设计具有宽带低剖面特性的天线。研究内容包括：基于电谐振和磁谐振结构的低剖面宽带天线设计，磁电谐振结构特征模的提取，天线等效电路的建立以及基于特征模理论的馈电结构设计。该研究预期将揭示天线在各个频段谐振的物理本质和辐射机理，为宽带低剖面天线提供一种新的设计思路，建立一种新的针对宽带低剖面的设计方法。

如何同时保证天线、特别是定向天线的宽带和低剖面特性是天线研究领域的一个亟待解决的重要课题。当电谐振天线（例如对称振子、蝶形天线等）靠近平行于其表面电流的导体面时，导体面将会降低天线的辐射电阻，增加其Q值，破坏其宽带特性；而磁谐振天线（例如微带天线、缝隙天线等）较少受到导体面的影响，但其本身的带宽较窄。针对电谐振天线较易实现宽带特性及磁谐振天线较易实现低剖面特性的问题，本项目综合利用电谐振和磁谐振结构，采用特征模理论的分析方法，研究并设计具有宽带低剖面特性的天线。研究内容包括：基于特征模理论的程序编写和目标分析，基于磁电谐振结构进行天线设计,基于特征模理论对天线进行优化设计并基于特征模理论和磁电谐振理论解决天线设计中的其他问题。项目完成了基于特征模算法的程序编写并进行了验证，所设计优化的天线均进行了实物加工和测试，天线测试结果表明此项目所完成的方法具有很好的实用性，此项目的完成可以为宽带低剖面天线的设计提供了新的设计思路和设计方法。项目完成期间发表学术期刊论文14篇，其中9篇为第一标注，一篇第二标注，4篇为第三标注，所有论文为SCI检索论文，其中还有7篇为IEEE Trans论文。发表发明专利两项，实用专利一项。培养博士生2名，硕士生5名。