该方向主要工作系针对用于无线通信电路与系统性能提升、小型化、多功能化新型集成技术、理论和方法进行研究及实用化开发开展，并在基片集成波导小型化天线和磁电子材料和器件等方面取得较好成果。

   1. 高性能集成天线研究。在国际上率先提出将SIW与背腔天线设计方法结合应用到集成天线设计中，并实现了应用于不同集成环境的系列线极化、圆极化、极化多样性和多频天线。这些新型集成天线既保留了传统金属背腔天线的高效率高增益辐射特性，又兼具微带天线的低轮廓易加工易集成优点，具有良好应用前景。与课题相关的研究成果已在国际学术期刊与会议发表论文20余篇，获授权发明专利7项。课题团队已公布的研究成果，已经在国际上引起了广泛关注和追踪，目前已有多个国外课题组在我们工作的基础上进行深入研究。

（1）利用全波数值的方法分析了金属腔体结构和采用SIW技术在单层普通介质基片上实现的SIW腔体的等效关系，得到了两类不同腔体结构互为等效时物理参数的近似关系式。在此基础上以方形腔体为研究对象，详细研究了该腔体结构在处于2阶谐振模式时腔体内部电磁场分布。根据其电磁场分布特性，发现在腔体的中心位置附近电场方向交替变化处具有最强的横向电流，通过在此处引入狭长形缝隙切割横向电流，获得了高效率的电磁能量辐射，从而实现了高性能辐射的线极化SIW背腔集成天线。研究了腔体尺寸、缝隙尺寸、馈电结构类型及其具体位置等关键参数对该新型天线频率响应特性和辐射特性的影响规律，得到了可以用于指导设计实现该类型天线的一些设计规则。

（2）根据单个腔体结构具有多模谐振模式的特点，具体研究了矩形腔体中TE210模和TE120模的激发方式以及各自的电磁场分布。研究发现这两种模式具有大致相同的场分布，由前面的研究结果得知在腔体中心区域蚀刻辐射槽可实现线极化天线。同时由于这两个模式具有相互正交的场分布，且每个模式的谐振频率由腔体的长宽尺寸决定，因此采用相互正交的辐射双槽可以获得双频正交双线性极化辐射。根据其工作原理用解析方法推导了该天线所能达到的频率比极限公式，同时采用数值的方法研究了几个关键参数对天线性能如交叉极化、频率比等的影响规律。

（3）在线极化SIW背腔集成天线基础上，采用非谐振缝隙作为辐射单元，合理设置辐射单元在SIW腔体中的位置并配置合适的共面波导馈电单元尺寸，可以在SIW腔体中同时激发出TE120和准TE110两种腔体谐振模式。新引入的准TE110腔体谐振模式只谐振于因狭长的辐射缝隙而分隔开的半腔体区域，但在该区域内它的谐振场分布与原有的TE120谐振模式的场分布完全一致，这使得由这两种谐振模式产生的辐射具有高度一致性。通过调节辐射单元位置等几何参数可改变这两种腔体谐振模式的谐振频率，在所需要的频带范围内可使这两种谐振模式合并从而实现阻抗匹配带宽大幅展宽，在所实现的阻抗匹配频带内具有高度一致的辐射特性。相比原始的线极化SIW背腔集成天线，采用这种频带展宽技术实现的线极化SIW背腔集成天线阻抗匹配带宽提高4倍，且尺寸缩减30%，增益和辐射效率分别提高到6dBi和93%，且该天线的物理结构与原天线几乎相同，同样兼具制作工艺简单和成本低廉的优点。研究了关键参数与天线性能之间的相互影响及变化规律，获得了相应的设计规则。

（4）在线极化SIW背腔集成天线基础上，通过仔细分析其二阶谐振模式的电流分布特征，发现在二阶谐振模式的正反相谐振区域且靠近腔体壁的对称位置具有较强的相同电流分布。通过在此两位置蚀刻平行双槽可实现同相叠加的辐射，从而获得比仅在腔体中心位置开单槽构成的天线更高增益的辐射特性，在保持天线尺寸相同的情况下，增益提高1.7dB；基于辐射缝隙蚀刻于腔体中心或是腔体边沿位置均可产生有效辐射，我们尝试将更高阶的腔体谐振模式如TE220引入到SIW背腔集成天线的设计中。在腔体处于TE220谐振模式时，除了在反相谐振区域靠近腔体边沿的对称平行位置具有等幅同相的横向电流分布外，在另一腔体谐振半区的中心区域同样具有同相的横向电流分布，在此三位置蚀刻平行三缝作为辐射单元可以实现同相叠加的辐射，从而进一步提高天线的辐射增益。数值和测试结果均表明该类型天线可实现高达8.1dBi的增益，同比提高了2.7dB。这一增益提高方法可推广到应用更高阶腔体谐振模式如TE330、TE440等来实现更高的增益。

（5）线极化SIW背腔集成天线处于谐振状态下，在腔体边沿部位同样具有较大的横向电流分布，根据这一特点可以实现基于任意腔体谐振模式来实现有效的天线辐射。通过利用腔体的TE110基模谐振模式，可以实现与基于腔体二阶谐振模式构成的天线相比尺寸缩减近50%的线极化SIW背腔集成天线，结果表明采用这种方法实现的线极化SIW背腔集成天线与原天线相比尺寸缩减了近33%，使得其适用于阵列天线应用。在这一尺寸缩减技术的基础上，我们正在研究采用双层折叠SIW技术来实现尺寸缩减的方法，通过构造C型折叠SIW腔体实现尺寸缩减达到66%的新型SIW背腔集成天线；采用双层折叠SIW技术来构造T型折叠SIW腔体实现SIW背腔集成天线尺寸的进一步缩减，有望将天线的尺寸缩减近80%。

（6）研究了具有2维轴对称性腔体的多模谐振特点，特别是其二阶简并双模的电磁场分布特性，获得了能够同时有效激发其二阶简并双模并使该简并模成功分离的技术手段。其二阶简并双模相互正交，采用具有同样2维轴对称性的正交辐射槽可以获得正交的单频线极化辐射，通过引入微扰参量可以调整两正交线极化辐射场的相位差达到90度，从而使该天线辐射圆极化的电磁波。研究了微扰参量的变化与该新型天线产生左旋圆极化和右旋圆极化辐射的对应关系，明确了影响该圆极化天线轴比特性的关键参数。

在圆极化天线阵列设计方面，采用线极化SIW背腔集成天线作为辐射单元，通过设计一个相邻端口等幅正交的四端口输出网络给正交放置的四线极化SIW背腔集成天线单元顺序旋转馈电，顺利实现了一个4单元的圆极化SIW背腔集成天线阵，其阻抗带宽可达4.5%，增益7.7dBi；采用U型结构排列的8个十字交叉缝隙作为辐射单元实现了左右旋圆极化可切换的圆极化SIW行波集成天线，增益达到10.8dBi，3dB轴比带宽超过10%，与已有基于SIW行波圆极化天线相比尺寸更为紧凑且易于与有源电路集成实现可重构圆极化辐射特性。

   2. 集成化磁传感器芯片。该方向的工作得到了国家和企业方面的大力支持，承担和完成了中船重工集团高性能磁电器件研制及工艺线建设项目论证、东方微磁科技有限公司集成磁电子器件研究、美国先进微传感器公司先进微磁电子器件研究项目等，取得了一系列磁电子器件研制及产业化成果。

（1）高品质巨磁阻和自旋阀材料研制。所研制材料巨磁阻效应大、磁滞小，性能达到了国际领先水平。所研制的SA系列巨磁阻传感器填补了国内空白。经国防科技工业弱磁一级计量站检测证明，性能优于国外同类产品，打破了国外技术垄断。已在东方微磁科技有限公司投入生产。

（2）高性能磁电子器件研制及工艺线建设论证。该项目的成功实施已为中船重工集团在国内新建的第一条磁电子芯片生产线提供了完整技术和设备配套实施方案。

该方向已申请集成磁电子传感器和集成磁电子隔离耦合器件等磁电子器件发明专利7项，授权新型实用专利“集成巨磁阻电流传感器”1项。在材料机理与自旋理论上的研究成果也已在IEEE、Physics Review、Applied Physics Letter、Journal of Applied Physics等国际著名期刊上发表。

   3. 光电技术研究。开展光束聚焦和传播特性的研究，在光信息存储中的超分辨技术、高数值孔径光学系统焦深定量变化规律、旋转矢量偏振光束波前相位调节引起的焦点区域光场演化特性、特殊光束和漩涡光束的光学聚焦特性、光场中微小颗粒动力学规律、矢量光束和光旋涡的实验产生方法等，取得了一系列的研究结果，在J. Opt. Soc. Am. B, Opt. Commun., Phys. Lett. A, Appl. Optics, Opt. Engineering等国际权威期刊上发表论文40余篇。通过将学术研究成果和实际应用相结合，开发了高精细度腔增强痕量气体分析仪、光学行波腔增强痕量物质检测技术、烟气监测技术、微小颗粒筛选分离装置、颗粒物质动力学特性研究装置、光纤式光学外差法倏逝波腔衰荡光谱分析装置等等，已经授权发明专利20余项。