差分双模介质谐振器天线特性分析及应用研究

Dielectric resonator antenna (DRA), differential circuit and dual-mode resonator technology have great advantages in wireless communication systems respectively. It will follow the tendency of the development in wireless communication to integrate all of them and design novel antennas with compact size, simple structure, high stability, strong anti-interference capacity, low cross polarization and pure stopband. This project aims at analyzing and designing differential dual-mode DRAs and their applications. A dual-mode dielectric resonator can be developed for designing antennas from bringing perturbation to a resonator with degenerate modes or from adding an orthogonal mode to the original mode. To model the resonators with differential feedings, the distribution of odd-mode and even-mode electromagnetic fields can be achieved. Based on the field distribution, suitable differential feeding methods will be chosen for the dielectric resonators to excite the operating modes successfully, and to be used in designing the differential dual-mode DRAs including those with dual-polarization and circular polarization. The designed differential dual-mode DRAs will have superior performance in harmonic suppression, cross-polarization suppression and isolation of antennas with dual-polarization than the according single-ended DRAs. To improve the performance of differential dual-mode DRAs and to perfect the design method, efforts in size reduction and frequency-controllability or frequency-tunablity will be utilized. And differential dual-mode DRA arrays will be designed as the application.

介质谐振器天线、差分电路、双模谐振器技术在无线通信系统中有着各自明显的优势，三者的有机结合，可以开发出多种具有尺寸紧凑、结构简单、稳定性好、抗干扰能力强、交叉极化低和杂散响应少等优越性能的新型天线，这顺应无线通信系统前端的发展趋势。本项目将进行差分双模介质谐振器天线特性分析及应用研究。通过对介质谐振器进行微扰分离简并模或在谐振器模式正交方向再增加一个模式的方式，设计天线适用的双模介质谐振器。对提出的双模介质谐振器进行差模和共模激励下的建模与分析。探讨差分工作状态下介质谐振器的馈电方式，以能在谐振器中成功激励相应的工作模式，设计双极化、圆极化的新型差分双模介质谐振器天线，所设计的天线在杂散抑制、交叉极化抑制以及双极化隔离性能上远远优于对应的单端天线。结合尺寸减小、频率可控/可调等技术，完善差分双模介质谐振器天线的设计并推导相关公式。进行差分双模介质谐振器天线阵列设计的应用研究。

项目将介质谐振器天线、差分电路、双模谐振器技术有机结合，开发出了多种具有尺寸紧凑、结构简单、稳定性好、抗干扰能力强、交叉极化低和杂散响应少等优越性能的新型天线，以适应无线通信系统前端的发展趋势。 主要进行了差分双模介质谐振器天线特性分析及应用研究，设计了多种天线适用的双模介质谐振器。对提出的介质谐振器进行差模和共模激励下的建模与分析，探讨了介质谐振器的差分激励方式。设计了窄带差分双极化天线；利用两组相邻差分模式的双频段差分双极化天线；增加差分模式的差分双模双极化天线；结合馈电网络的滤波双极化天线；圆极化天线在内的多款新型差分双模介质谐振器天线，另外设计了借助PCB加工技术设计了毫米波差分共面馈电的介质谐振器滤波天线，所设计的天线在杂散抑制、交叉极化抑制、辐射方向图对称性上远远优于对应的单端天线，特别在双极化隔离性能上优于对应的单端天线20-30dB。结合尺寸减小、频率可控/可调等技术，提出了液态介质加载的方法来实现天线工作频率可调节，将双模谐振器中的两个简并模式的频率连续可控性的独立分离，且能保证隔离度，实现差分双工介质谐振器天线的设计；设计了基于金属柱加载的频率可重构介质谐振器天线，实现频率的大范围可重构。基于介质基片集成波导功分器和巴伦，完成了差分介质谐振天线阵的馈电网络设计，设计了毫米波差分介质谐振器天线阵列，该阵列中的辐射单元介质谐振器同样使用基片集成波导技术实现，降低了组装误差。进行了差分介质谐振器天线功能的拓展设计，设计出了可分别作滤波器或天线使用，也可同时作滤波器和天线使用的具有多功能的微波器件，为差分介质谐振器天线提供了更加广泛的应用前景。通过研究工作形成了较为系统的差分双模介质谐振器天线设计理论。圆满完成项目预定目标。项目取得的研究进展和成果，将丰富介质谐振器天线理论体系，为设计高性能微波射频系统提供设计指导。