基于新型零阶谐振器的低剖面全向圆极化天线及宽频技术研究

The regular omnidirectional circularly polarized antennas need to be placed vertically and required large space, which do not accord with the miniaturization trend of land/satellite mobile communication systems. Hence, it has important research significance and application value to realize omnidirectional circularly polarized antenna with planar (low-profile) characteristic. In this project, we launch research on novel Zero-order resonator (ZOR) based low-profile omnidirectional circularly polarized antenna and its wideband techniques. By researching the electromagnetic characteristics of the two ZORs (Epsilon-Zero Resonator, EZR, and Mu-Zero Resonator MZR), equivalent circuit method based boundary conditions of EZR and MZR, the theory and approach in realizing novel EZR-MZR resonator with 90 degree phase difference dual polarizations, the theory and approach in realizing low-profile omnidirectional circularly polarized antenna by array of EZR-MZR elements, and several wideband techniques (low Q factor method, multiple superstrate technique, multiple resonators technique and mixing method), we try to obtain new breakthrough in designing omnidirectional circularly polarized antenna with low-profile and wideband. And, we will endeavor to construct theoretical system and design approach for ZOR-based low-profile, wideband, omnidirectional circularly polarized antenna to meet the progressive requirement of modern communication.

一般全向圆极化天线需垂直放置而占据较大空间，不符合当前陆地/卫星移动通信等系统小型化的潮流。实现平面（低剖面）的全向圆极化天线有着极其重要的研究意义和应用价值。本课题拟开展基于新型零阶谐振器（ZOR）的低剖面全向圆极化天线和宽频技术研究。主要对两种ZOR：零介电常数谐振器 (EZR)和零磁导率谐振器 (MZR)的电磁特性和基于等效电路法的边界条件，实现具有双极化90°相差特性的新型ZOR: EZR-MZR谐振器的理论和方法，以EZR-MZR单元组阵实现低剖面全向圆极化天线的理论与方法，以及多种宽频技术（低Q值法、多介质覆层技术、多谐振单元法和混合法）展开研究。通过一系列的研究，争取在全向圆极化天线的低剖面和宽频带等理论和技术方面取得新的重大突破，并探索建立基于ZOR的低剖面、宽频带全向圆极化天线的理论体系和设计方法，以满足与环境日趋融合的现代通信对全向圆极化天线低剖面、宽频带的发展要求。

本项目主要针对一般全向圆极化天线剖面大、体积大的问题，利用零阶谐振器（ZOR）实现低剖面的全向圆极化天线。重点包括：90°相差双极化新型零阶谐振器（EZR-MZR）结构与理论的提出、基于EZR-MZR谐振器的低剖面全向圆极化天线的普适理论与设计方法和宽带EZR-MZR圆极化天线技术等。.本项目的主要创新性贡献包括：(1) 提出了一种新型的ZOR，理论分析发现该ZOR混合了EZR和MZR的谐振特点（命名为EZR-MZR谐振器），并具有双极化特性且双极化的相位差固定为90°，理论分析了机理混合EZR-MZR谐振的边界条件；（2）提出了EZR-MZR谐振器实现低剖面全向圆极化天线的普适理论与方法，该方法将多个EZR-MZR谐振器组成圆环阵，构造出电/磁偶极子，实现全向的圆极化天线，该方法可应用在不同的频段；（3）采用低Q值法、多谐振法、极化补偿技术及它们的混合法提高EZR-MZR圆极化天线的带宽，这种宽带天线具有良好的应用价值。.本项目的研究成果建立了一套基于新型EZR-MZR 谐振器的宽频带低剖面全向圆极化天线完整的理论体系和设计方法，为ZOR 全向圆极化天线在通信系统中的应用奠定良好的理论基础，为低剖面宽带全向圆极化天线研究提供可靠的、新的理论依据和设计思路。.本项目共发表学术论文33篇，申请发明专利7项。在学术论文中，英文期刊论文18篇（SCI检索14篇）、国内核心期刊论文2篇、国际会议论文11篇（其中一篇为行业顶级会议论文IMS2017）、全国性学术会议论文2篇。