高前后比的毫米波平面端射圆极化天线

Mobile device has played a very important role in our daily lives, especially with the development of 5G technology, the mobile terminal devices become more and more compact and lower profile. 5G millimeter-wave antenna as a key component of wireless communication systems, its properties influence the quality of whole communication system significantly. In terms of the existing 5G terminal devices, how to realize a novel millimeter-wave endfire circularly polarized antenna with high qualities under a very low profile is a very challenging task. Based on our prior study and for the application of 5G handheld terminal devices, we firstly propose the equivalent sources model and circuit model of two orthogonally oriented magnetic dipoles to realize the synthesis method of planar endfire circularly polarized antenna. Then, we investigate the working principle and novel design methodologies of the proposed antenna in terms of its metrics of radiation beam, impedance and phase control for circular polarization. Finally, the methodology of the realization of planar endfire circularly polarized antenna with high front-to-back ratio property in millimeter wave is demonstrated and proposed, which provides a good resolution to the compact terminal devices and future 5G communication.

在现有的移动通信网络中，移动终端在人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，尤其随着5G无线技术的发展，终端的尺寸变得越来越小，剖面变得越来越低。而5G毫米波天线作为整个无线通信系统的关键性器件，其性能指标参数直接影响整个通信系统的质量。对于现有的5G手持终端机而言，如何在剖面极低的情况下，设计新型具有高性能的端射圆极化毫米波天线是一个技术难点且迫切需要解决的问题。本项目依托申请人现有研究基础，以5G手持终端机端射方向覆盖为应用背景，首先提出具有共址结构的正交磁偶极子等效源耦合模型和电路模型，形成利用正交的磁偶极子实现平面端射圆极化特性波束的综合设计方法。在此基础上，进一步研究探索该类天线在辐射波束特性、阻抗特性和相位控制方面的机理性规律及创新型分析方法。最后形成具有高前后比特性的毫米波平面端射圆极化天线的设计理论，为小型化低剖面的终端手持机以及未来5G终端提供技术指导和储备。

随着5G无线技术的发展，终端的尺寸变得越来越小，剖面变得越来越低。而5G毫米波天线作为无线射频通信系统的关键性部件，如何在剖面极低的情况下，设计新型的端射圆极化毫米波天线是一个技术难点且迫切需要解决的问题。本项目执行期间，深入开展了新型平面端射圆极化天线设计方法的系统性研究，建立了新型正交的磁偶极子天线等效源模型，系统地研究了环形天线对于圆极化辐射特性的影响，从而构建了基于正交的磁偶极子的无延时线结构天线的设计理论，并且充分掌握了该类天线在辐射波束特性、阻抗特性和相位控制等方面的机理性规律及创新性分析方法。实验数据与仿真结果吻合良好，很好地支撑了本项目提出的设计方法。此外，针对垂直极化端射天线低剖面宽带化设计的技术难题，研制了基于低温共烧陶瓷（LTCC）工艺的毫米波低剖面磁偶极子天线阵列。针对半功率波束宽度和工作带宽窄的技术瓶颈，提出了基于微带磁偶极子天线的大波束宽度和宽带宽的设计方法。在项目执行期内，在国际核心期刊上发表学术研究论文6篇，发表国际学术会议论文5篇，授权国家发明专利2项。通过本项目的深入研究，在低剖面端射圆极化天线方面取得了理论分析和设计技术上的突破，提出了新的基于正交磁偶极子且无延时线结构的设计理论，具有重要的研究意义和应用潜力。