随着无线通信技术的高速发展，单一功能天线无法满足日趋复杂系统的高速率与高容量需求。在此背景下，多极化天线的设计概念应运而生。其次，天线高次模谐波抑制可以避免通信系统发射或接收不必要电磁波，减小系统能量损耗，削弱电磁环境污染。由此可见，设计具备多极化谐波抑制特性的天线具有重要研究价值。

传统抑制谐波方法主要分为以下三种：第一，在天线后端集成谐波抑制滤波器件，例如T形谐振器、短截线加载谐振器、阶梯阻抗谐振器等结构，但是此方法不可避免地增大天线整体电尺寸、引入额外损耗等；第二，周期性结构也是实现天线高次模谐波抑制有效途径，例如光子带隙、缺陷地、共面波导等结构，但是此方法在多极化谐波抑制方面有限；第三，采用缝隙或枝节加载技术可以实现天线高次模谐波抑制，但是此方法仅将高次模谐振频率移动到特定频率之外，并没有完全消除谐波特性。

西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室刘能武副教授、傅光教授团队与澳门大学祝雷教授提出了一种低剖面多模微带贴片天线的三极化谐波抑制新方法。该天线主要由左旋圆极化、右旋圆极化、线极化共同构建三极化辐射特性，且天线具备小型化、高隔离、单一贴片、单层等多性能融合特性。1) 针对圆极化波特性，此工作首次采用基于短路壁加载的微带贴片天线正交模（由TM11模与TM31模演变而来）来实现，从而摆脱了传统微带天线的简并模约束（如TM10模与TM01模）；2) 针对线极化波特性，其采用基于短路销钉加载的微带贴片天线来实现；3) 针对谐波抑制特性，其采用多边短路技术与缝隙加载技术成功实现了高次模谐振频率的有效抑制/调控，从而实现了三极化宽带谐波抑制；4) 针对高隔离度特性，其得益于三极化辐射贴片边缘独有的金属短路壁部件。最终，仿真与测试结果证明所设计天线具备诸多高性能：三极化、电小尺寸(0.0058λ3)，三极化谐波抑制（2.7倍频），高隔离度（>20 dB）。相关研究成果以“Design Approach for Low-Profile Tri-Polarization Patch Antenna With Simultaneous Harmonic Suppression”为题，发表于IEEE Transactions on Antennas and Propagation，2022，70(4)，2401-2410，DOI：10.1109/TAP.2022.3145440。刘能武副教授为论文的第一作者，祝雷教授为通讯作者。

图1 基于三极化谐波抑制的低剖面多模微带天线示意图. (a) 结构示意图. (b) 加工实物图

图2 传统三极化微带天线与新型三极化微带天线的反射系数对比. (a)传统天线. (b)新型天线

图3 传统三极化微带天线与新型三极化微带天线的隔离度对比. (a)传统天线. (b)新型天线

文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9696222

作者简介：

刘能武，西安电子科技大学电子工程学院天线与微波技术重点实验室副教授、博士生导师、陕西省高层次人才、IEEE Senior Member。2017年获澳门大学博士学位，2018年入选西安电子科技大学“华山菁英人才计划”，2019年获“澳门濠江人才计划”。现主持国家级/省部级项目5项，发表学术期刊及会议论文95余篇，其中以第一作者/通讯作者在本领域顶级期刊TAP上发表论文16篇 (含ESI 高被引一篇)，授权中国发明专利10余项。曾获IEEE TAP杰出审稿人，全国天线年会、CSARWC、IEEE Macau/HK优秀论文奖，国际应用计算电磁学会青年科学家奖。现担任国际期刊IET MAP、IET EL副主编，首届《空间电子技术》青年编委。主要研究方向为：多模天线、相控阵天线、射频收发系统。

撰写：刘能武
审核：刘英