基于非周期性结构超材料的宽带电小天线技术研究

Metamaterials consisting of non-periodic structure have more predominant left-hand electromagnetic characteristics than general metamaterials designed by periodic structure, which makes they have unique advantage in designing antenna with wider bandwidth, higher radiation efficiency and beam convergence. Hence, it has important research significance and application value to realize the electrically small antenna with broadband and high gain. In this project, we proposed a novel electrically small antenna based on metamaterials with non-periodic clad and composite right/left handed transmission line. By studying the electromagnetic characteristic and responding of non-periodic metamaterials, and S parameters, impedance, multi-resonance and dispersion mechanism of antenna with non-periodic metamaterials, we try to obtain novel breakthrough in designing electrically small antenna with broadband, high radiation efficiency and smart beam scanning in broadband. On the other hand, we will endeavor to construct a complete theoretical system and design method of electrically small antenna based on metamaterials to meet the progressive requirement of modern communication.

非周期性结构超材料由于比普通超材料具有一些更优异的左手电磁特性，以致在拓展天线工作带宽、提高天线辐射效率、实现宽频段波束汇聚具有明显的优越性，利用其实现电小天线真正意义上的宽带、高增益有着极其重要的研究意义和应用价值。本项目拟开展基于非周期结构超材料覆层和复合左/右手传输线的电小天线研究。主要对非周期性超材料的电磁特性和响应机制，基于非周期性超材料的电小天线的S参数特性、阻抗特性、辐射特性、色散机理、多谐振特性，以及研究多种电小天线结构下非周期性超材料的实现形式展开研究。通过一系列的理论研究，争取在电小天线宽带、高效、智能化宽频段波束扫描等理论和技术方面取得新的重大突破，并探索建立一套完整的超材料电小天线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天线小型化发展要求。

由于非周期性结构超材料比普通超材料具有一些更优异的左手电磁特性，以致在拓展天线工作带宽、提高天线辐射效率、实现宽频段波束汇聚等方面具有明显的优越性，利用其实现电小天线真正意义上的宽带、高增益特性是有着极其重要的研究意义和应用价值。本项目主要围绕基于非周期结构超材料覆层和复合左/右手传输线的电小天线研究开展，对非周期性超材料的电磁特性和响应机制，基于非周期性超材料的电小天线的S参数特性、阻抗特性、辐射特性、色散机理、多谐振特性，以及多种电小天线情况下非周期性超材料的实现形式展开研究。通过一系列的理论研究，在电小天线宽带、高效、智能化宽频段等理论和技术方面取得了一定成果，为超材料电小天线在无线通信系统中的应用奠定良好的理论基础，也为宽带小型化天线研究提供可靠的、新的理论依据和设计思路。. 在基于非周期性结构超材料覆层的电小天线研究中，主要从低剖面天线、宽带高增益天线、背腔式双频圆极化天线等方面开展了系列工作。在理论分析、天线结构等方面取得了一些突破性进展，如于非周期超材料的双频段圆极化天线的研究中，将电磁超材料放在天线的中间层，极大程度上实现小型化（天线尺寸约为0.09λ），且改善了天线的辐射性能；在基于非周期性复合左/右手传输线结构的电小天线研究中，把非周期性复合左/右手传输线加载在常规的偶极子中，极大程度上缩短了天线尺寸，同时较好地保持了天线的辐射性能，如渐变式非周期性复合左/右手传输线天线结构总长度进一步缩短为0.13λ。系列研究成果已应在某些项目中推广。