滤波器-天线一体化设计方法及应用研究

Both antenna and microwave filter are essential components of R F systems. In the classic procedures, the antenna and microwave are matched to characteristic impedance before connection, the impedance matching network will increase the complexity of the system. This project views the filter and the antenna as a integral system, in which the antenna will be seen as the last resonator, the filter-antenna subsystem will be seen as a bandpass filter to research its synthesis methodology based on the coupled resonator bandpass filter principle.The followed researches will be guided by this synthesis methodology: the filter-antenna design method, which can reduce the order of the filter and remove the matching network of the antenna, will be researched on the premise that the filter-antenna system can get the same or better performance; the antenna design method, which can make both impedance bandwidth and pattern bandwidth wider, will also be researched; the principles and design methods researched in this project will be experimentally verified. The principles and the methods researched in this project can improve the performance of the RF system while the complexity and the volume are reduced, the fruits of the research can be guidances and technical storages for the optimization of the wireless RF system. This project will use printed circuit board for convenience, but the researched method has general applicability.

天线和微波滤波器都是射频系统的必要器件，传统方法将天线和滤波器单独设计并分别匹配到特性阻抗再级联，阻抗匹配网络会降低系统性能、增大体积。 本项目把滤波器和天线作为一个整体系统，将天线看作该系统的末级谐振器，参照耦合谐振腔滤波器理论，把"滤波器-天线"系统看作带通滤波器研究其一体化综合方法，并在此方法的指导下开展以下应用研究：在保证系统性能不变或更优前提下，研究可实现滤波器"降阶"和天线免匹配的滤波器-天线协同设计方法以降低系统体积和复杂度；研究兼具高阻抗带宽和高方向图带宽的宽带天线设计方法；用实验验证所研究理论和设计方法的正确性。本项目所研究的方法可在提高射频系统整体性能的同时降低其复杂度和体积，研究成果可为优化无线电射频系统做理论指导和技术储备。为了加工方便，本项目拟采用印刷电路为天线和滤波器的实现形式验证所述设计方法，但所研究的设计方法具有普适性。

天线和微波滤波器都是射频系统的必要器件，传统方法将天线和滤波器单独设计并分别匹配到特性阻抗再级联，阻抗匹配网络会降低系统性能、增大体积。本项目把滤波器和天线作为一个整体系统，将天线看作该系统的末级谐振器，参照耦合谐振腔滤波器理论，把“滤波器-天线”系统看作带通滤波器研究其一体化综合方法，并在此方法的指导下开展以下应用研究：在保证系统性能不变或更优前提下，研究可实现滤波器“降阶”和天线免匹配的滤波器-天线协同设计方法以降低系统体积和复杂度；研究兼具高阻抗带宽和高方向图带宽的宽带天线设计方法；用实验验证所研究理论和设计方法的正确性。. 重要结果分为三方面：1、研究并归纳了基于多模谐振单元的多频滤波天线设计方法，并设计了几款双频、三频滤波天线。2、研究了可重构滤波天线设计，并设计了几款单端口和多端口的可重构滤波天线。3、研究归纳了基于谐振分析的宽带小型化天线设计方法，设计了一系列的宽带小型化天线。. 在本项目的资助下，课题组在IEEE Transactions on Antennas and Propagation、IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters等本领域权威期刊发表SCI论文10篇，申请发明专利6项，参加国际会议3次，培养研究生11人（3人已毕业）。. 本项目所研究的方法可在提高射频系统整体性能的同时降低其复杂度和体积，研究成果可为优化无线电射频系统做理论指导和技术储备。