天线多模谐振技术的基本原理是什么

作者: 祝雷1 and 刘能武2

1. University of Macau

2. Xidian University

多模谐振(MMR)技术是天线实现高性能、多功能、多通道的重要方法之一。本文揭示了天线多模谐振技术的基本原理,阐述了多模谐振技术在天线阻抗特性调控与辐射特性调控等方面的研究进展,介绍了多模谐振技术在可穿戴通信、无线能量传输、多端口输入输出等系统中的应用与推广,旨在为天线行业发展提供新技术与新思路。

图1 从滤波器多模谐振技术到天线多模谐振技术

当前,无线通信技术的飞速发展迫使装备系统日趋平面化、共形化、多频化、多功能化、一体化等。因此,核心部件天线亟需具备高性能、多功能、多通道等特性。针对传统谐振式天线,其存在主模与诸多高次模,然而多数研究者聚焦于天线主模、忽略了天线高次模,导致高性能、多功能、多通道天线设计面临诸多瓶颈问题。在此背景下,多模谐振技术被逐渐提出并广泛应用。

早期,多模谐振技术广泛应用于滤波器综合设计中,近些年被拓展到天线领域,其核心思想是激励并调控多个谐振模以实现天线阻抗特性与辐射特性的显著提升。天线多模谐振技术主要面临以下难题:1) 不同模式离散分布,导致其谐振频率比大且相互关联;2) 高次模内场变化剧烈,导致其辐射方向图畸变严重;3) 模式内场存在对消现象,导致多模辐射能力强弱不一。为解决上述难题,研究团队开展了天线多模激励与抑制准则、等效电路构建模型、等效磁流调控模型等方面的工作,从而构建出天线多模谐振技术的基本原理,以高效指导高性能、多功能、多通道天线设计。

在此篇综述文章中,基于上述基本原理,我们首先介绍了多模谐振技术在天线阻抗特性调控方面的最新研究进展,主要涵盖了天线宽带化、多频化、多端口解耦等方面;其次,介绍了多模谐振技术在天线辐射特性调控方面的最新研究进展,主要涵盖了天线高增益、宽波束、多波束、多极化、低交叉极化、滤波及漏波等方面。上述研究成果有望为新天线、新性能的研制提供借鉴思路。

总结与展望

多模谐振技术成功将“不可用”模式转变为“可用”模式,提升了天线可用模式数量,因此在高性能、多功能、多通道天线设计中具有诸多优势。近些年,尽管研究者们在此方向取得了诸多研究成果,但是仍然存在一些问题亟待解决。首先,大规模阵列天线中复杂模式的分析与调控问题;其次,复杂频率选择表面的多模调控与复用问题;然后,高精度移相器件的多模综合问题;此外,多模谐振技术在传感器、生物医疗、物联网、空天地通信等多制式一体化系统中的应用推广问题。鉴于此,期待更多研究者参与多模谐振技术中。

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