基于人工异向介质的射频前端集成天线与高密度阵列研究

实现射频前端天线单元的集成化、宽带化以及天线阵列的高密度化、高增益化是现代无线通信、雷达等无线信息系统中天线子系统发展的主要趋势，同时也是当今天线技术研究的热点和难点课题之一。然而，由于天线基于谐振的工作特点及其阵列单元间的互耦效应，使得天线单元集成化及阵列的紧凑化均面临诸多亟待突破的瓶颈。本项目将首先深入研究人工异向介质相关电磁理论，探索实现低尺寸、宽带、低损耗的人工异向介质的有效方法，同时在此基础上全面探讨基于人工异向介质的电小宽带集成天线新技术、研究抑制阵列天线单元间互耦的有效途径，并提出基于宽带、低损耗人工异向介质的射频前端高集成度、高性能的天线单元及阵列，最终为实现射频前端系统中天线单元的集成化、宽带化及阵列的高密度化、高增益化提供有效解决方案。

本项目针对于目前的发展现状，深度挖掘其结构响应机制，研究设计了一系列性能优越的特异材料，并将其应用在天线以及阵列设计中，提高天线相关辐射性能。第一，结合目前特异材料理论与设计的发展现状，研究设计了一系列的性能优越的特异材料。根据传统单SRRs产生磁谐振和环间耦合的物理机制，通过加载同向单SRRs、调节两环的中心位置等手段，仿真设计出了单元结构均一简单、相邻双频位置易调谐的双频带SRRs磁谐振特异材料。进而，通过加载调谐电感臂和同向环，设计了超过传统单SRR三倍带宽的宽带磁谐振特异材料。第二，逐步尝试了将特异材料单元结构应用于天线设计中。一方面，利用前面所发展的多频带同向SRR特异材料结构单元的互补结构蚀刻在紧凑UWB天线的辐射体上。该设计不仅具有结构简单、占地面积小的优势，而且陷波结构间耦合很小、极易调节各个陷波频段以及陷波深度。另一方面，提出将曲折线槽式的磁谐振特异材料单元腐蚀在贴片天线地板上，使天线能够在远远低于传统贴片天线基模频点位置产生工作点，且辐射性能良好。第三，深入研究了微带多天线系统单元互耦、扫描盲点机理、以及单元之间的电磁场分布，并依据特异材料谐振响应工作机理，分别将SRR与CSRR相结合的周期性混合特异材料和第二点所发展的紧凑接地SRR特异材料加载于天线单元之间，均明显降低了单元间耦合，相应地提升了天线单元以及整个阵列的辐射特性。