多路可重构射频网络的关键技术及其在天线中新应用研究

Cognitive radio and massive MIMO will be the fifth generation core technologies for mobile communications. The reconfigurable RF network is one of key components to realize the terminal with multifunction, miniaturization and high efficiency, so its study has an important application value. However, the current reconfigurable RF network is hardly to achieve the high performances of efficiency, power and switching speed due to the RF switch performance limitation, which make its study a quite scientific and a very challenging. The project firstly study the exact matching with high efficiency, large power and fast switching, and proposes new designs of the matched RF switch and the matched reconfigurable impedance. Then we apply them to the classic networks with high power and large ratio, to realize the reconfigurable RF network with high power and fast switching, large ratio and high efficiency. Based on this, expanding the research to realize any way reconfigurable RF power divider network, and apply it to the four-dimensional array and multi-beam array. Finally the reconfigurable RF network performances in terms of efficiency, power, speed, function and application are improved. This may provide the key technical support for the next generation of wireless network terminals.

认知无线电、大规模MIMO技术将是第五代移动通信的核心技术，可重构射频网络是实现其终端多功能、小型化、高效率的一个关键部件，因而对其研究具有重要的应用价值。然而，受射频开关等元件的性能限制，现有可重构射频网络的效率、功率容量、切换速度难以兼得，使其研究颇具科学价值且极富挑战性。为此，本项目首先研究高效率、大功率、快速度的射频开关的精确匹配技术，提出匹配式射频开关和匹配式可重构阻抗的新设计；然后研究将其运用到现有的一些大功率容量、大功分比的经典网络中，实现了大功率与快速度兼顾、大功分比与高效率兼顾的可重构射频网络；在此基础上，拓展研究任意路可重构射频功分网络，并结合四维阵列和多波束阵列等新兴天线开展进一步的应用研究。最终实现可重构射频网络的效率、功率、速度、功能及应用的全面提升，使之为下一代无线网络终端的发展提供关键技术支撑。

认知无线电、大规模MIMO技术将是第五代移动通信的核心技术，可重构射频网络是实现其终端多功能、小型化、高效率的一个关键部件，因而对其研究具有重要的应用价值。然而，受射频开关等元件的性能限制，现有可重构射频网络的效率、功率容量、切换速度难以兼得，使其研究颇具科学价值且极富挑战性。经过本项目四年资助，完成研究内容总结如下：.第一、完成了p-i-n二极管参数的精确提取方法研究，基于p-i-n二极管的匹配式射频开关的设计研究，以及基于p-i-n二极管的匹配式可重构阻抗研究；实现了高效率、大功率、快速度的射频开关的精确匹配。.第二、实现了大功率与快速度兼顾、大功分比与高效率兼顾的可重构射频网络，包括大功率比的阻抗匹配技术，大功率比可重构功率分配器设计，以及五种比例的可重构功率分配器设计。.第三、提出环形结构的单刀掷开关电路，多阻抗可重构匹配电路，将其运用于经典的功率分配器，实现其性能提升，包括三路Luzzato功率分配器的可重构和任意路Gysel功率分配器的可重构等。.第四、提出将可重构功率分配器运用于多波束网络及天线，包括可重构功率分配器与开关切换网络结合，可重构功率分配器与Buttler矩阵网络结合，有效增加了阵列波束数量。提出将可重构功率分配器运用于时间调制阵列天线，突破了时间调制阵列天线的效率瓶颈，解决了时间调制阵列的关键技术问题，推动了时间调制阵列应用。.本项目研究成果共计发表期刊论文22篇，其中IEEE Transactions on Antenna and Propagation 5篇，IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 3篇，IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters论文5篇，IEEE Microwave and Wireless Components Letters 2篇；发表国际会议论文7篇；申请国家发明专利6项；培养博士研究生3人，其中1人获通信学会优博论文，培养硕士研究生2人。.本项目的研究成果也获得了国际同行的广泛关注，如项目负责人收到来自意大利 特伦托大学Paolo Rocca教授（时间调制阵列天线领域非常出名的学者）的祝贺邮件，以及两次国际天线与电波传播会议（IEEE APS）的特邀报告邀请信。