基于新型电磁材料的宽带小型化天线研究

Due to the development of wireless communication technology and the demands of the market, the volume of a variety of wireless devices, with more and more working band and complicated functions, is becoming smaller and smaller. Regarded as the entry and exit of all wireless communication systems, the performance of antennas has an important influence on the whole system capability. The most hot and difficult point of research is how to achieve miniaturization and wide bandwidth of antennas. This project will develop a broadband miniaturized antenna system based on novel electromagnetic material. 1) Producing novel electromagnetic material by ion substitution, studying its micro-structure and establishing its equivalent model. 2) Conducting an exploratory study about the relationship between the electromagnetic parameters of the new electromagnetic material and the parameters of antennas, and then combining of intelligent optimization algorithms to design a novel broadband, miniaturization, high-performance antenna. 3) Depth understanding of the physical mechanism of the antenna works to acquire its internal electromagnetic field and surface current distribution law, and describe the electrical characteristics and radiation characteristics of the antenna. Analyzing the performance of the antenna with variation of various parameters and reasonably adjusting the parameters of the antenna to achieve the optimized design. Using novel electromagnetic material as media to design antennas and launching a research about feeding, matching, control methods, modeling and optimization algorithms of the antenna.

由于无线通信技术的发展和市场的需求，各种无线设备的体积越来越小，工作频段越来越多，功能越来越复杂，天线是所有无线通信系统的入口和出口，其性能的优劣对整个系统的性能有着重要的影响。如何实现天线的小型化和宽带宽是天线研究的热点和难点，本项目将对基于新型电磁材料的宽带小型化天线系统进行研究。1）通过离子取代制备出新型电磁材料，并对其微结构开展研究，同时建立其等效模型；2）对新型电磁材料的电磁参数同天线参数的关系进行探索性研究，并结合智能优化算法设计出宽带、小型化、高性能的新型天线；3）深入了解天线工作的物理机制，获得天线内部电磁场以及表面电流分布规律，并用其描述天线的电气特性和辐射特性。分析天线性能随天线各个参数的变化规律，合理调整天线的各项参数实现天线的优化设计，以新型电磁材料为介质来设计天线，对天线的馈电、匹配、控制方式、建模和优化算法等开展研究。

由于无线通信技术的发展和市场的需求，各种无线设备的体积越来越小，工作频段越来越多，功能越来越复杂，如何实现天线的小型化和宽带宽是天线研究的热点和难点，本项目对基于新型电磁材料的宽带小型化天线系统进行研究。1）对新型电磁材料的电磁参数同天线参数的关系进行探索性研究，设计出宽带、小型化、高性能的新型天线；2）深入了解天线工作的物理机制，获得天线内部电磁场以及表面电流分布规律，以新型电磁材料为介质来设计天线，对天线的馈电、匹配、控制方式等开展研究。.该项目按照计划要求顺利进行，并取得了很好的结果。研究人员完全稳定， 项目进展顺利， 并取得了丰硕的成果。1）提出了利用非对称共面波导结构实现新型超材料天线。2）提出了有效拓宽带宽和效率的方法,形成了一套宽带高效率超材料天线理论，破处了传统超材料天线带宽窄，效率低的缺点；3）提出利用谐振环来增加新谐振点的方法，实现了有效的带宽提升，使其有效相对带宽增至40.2%。 同时该天线采用非对称结构以保证天线的辐射效率；4）在天线设计中使用混合型的去偶结构，同时引入了正交馈电结构和缺陷地结构，从而实现了增强的隔离度，并实现了天线的小型化和宽带化。.该项目共发表学术论文50篇，其中SCI、EI收录42篇，基金标注率为100%，授权发明专利3项，项目负责人冯全源教授在全国微波会议上做了“基于新型电磁材料的宽带小型化天线研究”的特邀报告。该项目培养博士研究生7名，硕士研究生15名，有18名研究生获得国家奖学金，获四川省优秀博士论文1篇，优秀硕士论文1篇，同新加坡南洋理工大学、加拿大蒙特利尔大学联合培养博士研究生二名。分别派遣了3位青年教师到美国宾夕法尼亚州立、美国德州农工大学和美国斯坦福大学做了短期访问。邀请了美国北依阿华大学终身教职副教授聂宏博士进行了3天的学术交流，并邀请了美国亚利桑那大学辛浩教授来西南交通大学进行4天学术访问和交流。