用于超宽带应用的电介质嵌入式单极天线

这篇文章介绍了一种用于超宽带应用的电介质嵌入式单极天线的设计和性能分析。超宽带（UWB）技术在无线个人局域网（WPAN）中有着广泛的应用，比如用于近距离无线通信。随着无线服务对于更宽频带的需求增长，传统的UWB频带（3.1到10.6 GHz）已不能满足需要，特别是在短距离和长距离传输方面。因此，超宽带（SWB）天线的需求出现了，它们能够提供至少10:1的阻抗带宽（10-dB回波损耗）。这种天线设计主要是为了满足对于在更宽频带上传输的无线网络服务的日益增长的需求。 文章中提到的电介质嵌入式单极天线是通过设计成倒置的锥形，以此来扩展天线的带宽。该设计方法能够通过电介质的嵌入来降低天线的高度，从而减小天线的整体尺寸。文章中提到的原型经过实际的制作和仿真，测量结果显示，该天线实现了126%的10-dB带宽（5.2到24 GHz），带宽比达到了4.7:1。原型在带宽范围内实现了良好的阻抗匹配、恒定增益、稳定的辐射模式和恒定群延迟。对于SWB天线来说，这种性能表现是相当出色的。 为了实现天线的小型化，文章中提出了将天线设计为半椭圆形结构，并嵌入到聚四氟乙烯（Teflon）中的方法。聚四氟乙烯是一种常用的低损耗电介质材料，它有助于提高天线的阻抗匹配性能，并减小天线的整体尺寸。通过使用这种材料，研究者们成功地将天线的工作频段扩展到5.2到24 GHz，满足了至少10:1的阻抗带宽要求。 文章的作者M. Cao，Z.H. Xue，W. Ren和W.M. Li来自北京理工大学信息与电子学院。该学院位于中国北京，并提供了作者的联系邮箱（***），这为学术交流提供了可能。 文中提到的电介质嵌入式单极天线是通过仿真和实际测试进行验证的。与传统的矩形共面波导（CPW）馈电的单极天线相比，这种新型设计能够达到更高的带宽比，例如采用顶部负载和槽孔辐射元素的结构设计能够达到10.43:1的带宽比，而简单的圆形或近似椭圆形的单极天线设计则分别能够达到21.25:1和25.00:1的带宽比。这些设计为超宽带天线的未来发展提供了更多的可能性。 电介质嵌入式单极天线的设计方法为超宽带技术的应用提供了新的方向，特别是在需要小型化、高频段覆盖和高性能阻抗匹配的应用场景中，如无人机（UAV）通信、卫星通信、毫米波通信和其他先进的无线通信系统。这些天线能够在复杂的电磁环境中提供稳定的性能，这对未来的无线通信技术发展至关重要。