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天线技术在现代无线通信技术研究中占有重要地位,过去的几十年中平面集成类天线在微波、毫米波通信系统中的应用日益增长。平面集成天线易于与其他平面射频电路集成,可以用普通印刷电路板(PCB)工艺制作在介质基片上,从而更符合现代无线通信系统向高度集成化方向发展的趋势。针对天线及馈电网络,本文设计了多种工作在微波、毫米波频段的平面集成单元天线、阵列天线、宽带天线、超宽带天线和一体化滤波天线,并进行了实验验证。论文的主要工作包括:
1.设计了一种微带-SIW-印刷偶极子的天线与馈电一体化的宽带天线结构,同时解决了内部射频电路与外部天线的隔离、不平衡、平衡转换和防雷击的问题。基片集成波导(SIW)起到了为印刷偶极子馈电的巴伦的作用,同时雷击感应电流通过SIW直接引到外壳而避免了进入内部射频电路。这部分工作已获得国家发明专利(ZL2007100244.86.2),并发表在Microwave and Optical Technology Letters(MOTL),vol.51,no.2,pp.557-562,2009.(SCI:000262333600075;EI:20090911922848)。实际上,该技术已应用于某研究所的宽带自适应通信系统相控阵中。
2.设计研制了一种Ku波段宽带SIW H面功率分配器馈电的双偶极子阵列天线,拓展了阵列天线带宽,并改善了寄生辐射。这部分研究结果已发表在Journal of theKorean Institute of Electromagnetic Engineering and Science(JKIEES),vol.10,no.3,pp.171-174.2010。
3.设计研制了工作在13.6GHz和14.4GHz用于FDD系统的新型SIW缝隙全向滤波天线。收发滤波天线的隔离度测试结果良好,同时收发通道滤波天线各自的方向图保持稳定。这部分工作已申请国家发明专利并投稿至《电波科学学报》。该天线已应用于作者所在实验室承担的国家重大专项课题支持下研制的MIMO信道特性测试仪。
4.给出了一种Ka波段SIW缝隙阵天线与SIW感性窗带通滤波器的无缝一体化设计方案,即滤波天线方案,并进行了实验验证。考虑了滤波器与天线之间的相互影响后,不但实现了尺寸上的缩减,而且还改善了带内驻波性能。这部分工作已申请国家发明专利并投稿至Microwave and Optical Technology Letters(MOTL)。该项工作也是与美国波音公司合作项目的一部分。
5.设计了一种新颖的SIW E面功率分配器结构,在此基础上设计了一种SIW E面和H面混合功率分配器馈电的2×4印刷宽带对数周期天线阵列,并进行了实验验证。实测2×4印刷对数周期天线阵列在11.2GHz～16.7GHz内回波损耗小于-10dB,相对带宽超过38％,增益约12dBi。研究结果己发表在电波科学学报,2011年,第26卷,第3期,页码437-442。
6.设计研制了一种UHF频段偶极子全向阵列天线,通过在馈电网络中增加双节阻抗调配器,拓展了其阻抗带宽,同时保证了整个阵列天线的良好全向辐射特性,这部分研究结果已发表在2010 International Symposium on Signals,Systems andElectronics(ISSSE20lO),Nanjiing,Sept.17-20,2010.(EI:20105113509641)。该天线己应用于作者所在实验室承担的国家863项目:动态频谱资源共享宽带无线通信系统验证网络。
7.通过在共面波导馈电的印刷圆盘单极子天线馈线两侧开槽,设计了一种具有频陷特性的超宽带天线,并进行了实验验证。这部分研究结果发表在2008International Conf.on Microwave and Millimeter wave technology(ICMMT2008),Nanjiing,A pr.21-24,2008.(EI:20083711540004)。
以上工作已获得1项授权国家发明专利,6项授权实用新型专利,有5项发明专利申请在公示期。部分天线技术已应用于国家重大专项课题、国家863项目、国际合作项目和某研究所的产品(即将量产)中。