微带缝隙天线的小型化与宽带化技术及其在超宽带通信及移动通信终端中的应用

Antennas applied in UWB and mobile communication terminals have the same characteristics of low profile and wide frequency bandwidth. Microstrip slot antenna is popularly used in the two fields. There are some similar rules and techniques in designing wideband and miniature slot antennas for UWB and mobile terminals. The following research will be developed in the project: (1) A novel antenna design method will be proposed with integrating of UWB antenna and mobile antenna design techniques. The novel antenna design method is based on the fact that antennas used in both fields have the same characteristics of small size and wide bandwidth. The novel design method is to start with a type of miniature UWB antenna, then modify its structure to apply in mobile terminals. The modified antenna structure can be used in the UWB terminal to enlarge its applications in different fields. (2) Techniques of decreasing resonant frequencies of a UWB antenna structure to mobile frequency bands, increasing resonant frequencies of a mobile antenna to UWB bands, and reducing antenna return loss to obtain wideband impedance matching will be studied. Methods of realization of miniaturization and wide bandwidth available in UWB and mobile communication fields will be presented. New antenna structures will be developed. (3) Radiation theory of microstrip slot antenna will be introduced to build wideband impedance theory and guide antenna engineers to design microstrip slot antenna with a simple and efficient way.

UWB终端和移动通信终端都要求天线小型化和宽带化，微带缝隙天线在这两个领域中应用有一些共同的规律和相似的技术可以相互借鉴和利用。本课题主要研究内容是：（1）研究UWB终端天线与移动通信终端天线的设计方法，提出将两个应用领域的天线设计技术相互融合的发明新方法。利用二者的共性，借鉴UWB天线技术来对移动通信终端天线进行创新发明，再利用二者的差异将发明成果应用在UWB领域，扩大创新成果的应用范围。（2）研究降低（或提高）微带缝隙天线的谐振频率技术、天线的宽带匹配技术，提出适合于UWB以及移动通信终端两个应用领域的天线小型化与宽带化新技术，给出新型天线结构，设计新型手机天线和UWB天线，解决小型宽带微带缝隙天线设计的技术问题。（3）研究微带缝隙天线的辐射原理，建立天线的宽带匹配理论，为此类型天线设计提供简单、有效、快捷的理论与技术指导。

超宽带（ultra-wideband，UWB）以及移动通信系统的终端设备需要小型宽频带的天线，这两个领域的天线的设计具有共性也有差异，微带缝隙天线可以应用在这两个领域中，本项目针对微带缝隙天线的小型化与宽带化设计开展了研究：（1）研究了UWB终端天线设计与移动通信终端天线的相互借鉴的设计方法。从UWB天线出发经过结构优化设计出多频带手机天线，反过来也将优化后的手机天线结构用来设计新型UWB天线。这说明从UWB天线结构设计的手机天线基于带宽提高的结构改进可以在UWB天线中获得相同的性能，同时UWB天线的性能改进也能应用在手机天线中，实现了UWB天线设计与手机天线设计的共同创新。（2）确定了可以应用于手机天线领域的UWB天线结构的选择准则，提出降低天线谐振频率的技术，包括延长缝隙长度、多个缝隙结构、采用磁性材料等，设计出多种结构的多频带手机天线，覆盖2G、3G、4G多个频段，解决了手机天线在低频段带宽窄的难题。（3）总结了缝隙型天线的辐射原理，分析了馈电线沿着缝隙分布获得宽带匹配的机理。（4）对UWB天线的陷波特性做了进一步研究，提出了在UWB天线的基础上通过加载磁性铁氧体材料来实现陷波特性的新方法，具有结构简单、价格低廉的特性。提出将高介电常数的钛酸锶钡（BST，Barium Strontium Titanate）材料应用在缝隙型UWB天线中可以实现陷波特性，并且通过调整BST放置位置以及BST的介电常数实现陷波频段的可调特性。（5）对应用在植入人体内部的医疗设备中的植入天线进行研究，将小型宽带天线技术应用在可植入天线设计中，提出多种新型可植入天线结构，开拓了新的研究方向，实现了不同领域的天线设计技术互相借鉴。