新型可重构微波前端系统关键技术的理论与应用研究

With the development of modern technology, more and more multi-function and multi-framework microwave systems have been used in civil and military fields but also caused some serious problems like space congestion, high cost and interferences etc. The technique using reconfigurable devices even reconfigurable front-end systems is definitely an efficient way to solve such problems. This topic has aroused many research interests in the world, however, basic theoretical researches and in-depth systematic investigations are still quite insufficient. Aiming at this background, the in-depth theoretical researches on the critical technologies of reconfigurable microwave front-end system are now proposed and will be carried out in this project. The potential novelties of this project would include, (1) Novel reconfigurable technology and theoretical analysis method based on full-field control concept; (2) Theoretical analysis and design methods of self-adaption multiple input/output ports reconfigurable impedance matching networks; (3) Design methods and implementation techniques of high-performance circuits in reconfigurable front-end systems (filters, active amplifiers and antennas); (4) Design and experimental verification of reconfigurable circuits based on newly developed electro-magnetic materials. These researches can be expected to provide solid theoretical basis for the design of the critical reconfigurable microwave circuits, while will also provide useful guidance for the further researches and applications of reconfigurable microwave/millimeter wave front-end systems. Important theoretical and engineering application values can be also expected from these researches.

多功能和多体制的微波系统正逐步广泛应用于民用和国防领域，由此带来的空间拥挤、成本提高及相互干扰等问题也越来越突出。关键微波电路和整个前端系统的可重构技术是解决上述问题的有效方法，正日渐成为国内外的研究热点，但尚缺乏基础理论和深入的系统性研究。为此，本项目拟开展可重构微波前端系统关键技术的基础性理论与设计方法的研究。创新性主要是：（1）基于完整场控制的可重构技术及理论分析方法；（2）自适应多输出端口的可重构阻抗匹配网络电路拓扑的构建与分析；（3）高性能可重构前端系统中关键电路（如滤波器、有源放大器和天线）的设计方法；（4）基于新型电磁材料的可重构电路的设计及实验验证。这些研究，不仅可为用于微波前端的可重构电路的设计提供重要的理论基础，而且为可重构的微波/毫米波前端系统的进一步研究及应用提供技术指导，具有重要的理论和应用价值。

按照计划书的安排，针对多功能、多体制、多性能微波系统的发展需求, 本项目主要从“新型可重构技术→可重构匹配网络→可重构电路与天线”的思路开展相关研究。主要研究内容包括：1) 多功能可重构滤波电路和开关电路的建模、分析设计。提出多种新型谐振器结构和开关电路拓扑，设计实现频率、带宽/特性可重构的高性能滤波电路和开关电路。2) 新型可重构匹配网络及有源电路设计。开展一系列频率、阻抗/相位可重构的匹配网络的研究，并扩展应用于宽带可重构功率放大电路的设计。3）高性能可重构天线单元与阵列设计。基于超材料电磁结构和二氧化钒薄膜相变材料，设计实现了频率、极化等可重构的高增益天线单元和阵列。围绕上述三个研究方向，开展深入系统的理论分析及工程设计研究，取得了一系列具有创新性的成果，可为微波毫米波电路与天线的分析方法和设计技术提供指导。. 基于项目研究取得的成果，共发表SCI收录IEEE期刊论文50篇（其中IEEE Transactions论文24篇），国内外国际学术会议论文16篇；授权国家发明专利13项，并申请发明专利10余项；项目负责人依托本研究的部分研究成果，获得江苏省“六大人才高峰”创新团队，指导研究生获得江苏省优秀博士学位论文奖1项、优秀硕士学位论文1项，获得国内外学术会议最佳学生论文奖4项，研究生国家奖学金获得者2人。同时，培养国家优秀青年基金获得者1人（冯文杰教授）；培养博士研究生9人，硕士研究生共17人，参加国内外学术会议20余人次。