“心碎”的天线竟格外适合超宽带(UWB)通信?

2019-01-28 17:57:58 来源:EEFOCUS
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无论是作为5G无线通信系统内的集成服务还是作为专用系统,超宽带(UWB)通信都能实现语音和数据的快速连接以及大量数据的快速传输。当然,任何UWB系统中的基本组件是天线,它必须提供增益和效率以从环境噪声中恢复大部分的的UWB信号。

 

Patuakhali科技大学(孟加拉国Patuakhali)和其他机构的教授团队,为UWB应用开发了一种“心碎”形状微带贴片天线,其电气尺寸为0.29ƛ×0.17ƛ;最大增益为5.3 dBi;频率范围为2.90至10.70 GHz。它借助了各种软件方法设计和模拟,包括ANSYS的有限元方法(FEM)高频结构仿真软件(HFSS)  和计算机模拟技术(CST)的基于时域的Microwave Studio仿真软件。

 

 

“心碎”形微带贴片天线的频率范围超过IEEE认可的UWB范围(为3.1至10.6GHz)。近年来,UWB电子系统的需求一直在增长,因为它们相对简单且成本较低,但是有着很高数据速率。UWB系统设计人员面临的挑战之一是UWB天线的尺寸 - 用于UWB应用的微带贴片天线通常很大。

 

UWB天线由带有开槽接地平面的“心碎”形的贴片组成。将微带贴片印刷到基板的一侧上。衬底在z方向上的介电常数为4.6,损耗角正切为0.02。

 

为了确定最佳天线配置,研究人员模拟并比较了四种具有相同外部尺寸的设计:圆形,哑铃形,心形和“心碎”形。圆形和哑铃形天线无法覆盖整个UWB频率范围,心形贴片天线的覆盖范围为2.90至10.50 GHz,两个谐振频率分别为3.40和6.90 GHz,但“心碎”形贴片覆盖频率范围从3.0到10.80 GHz,三个谐振频率分别为3.5,7.0和9.5 GHz,是拥有最完整的频率范围,并且能覆盖不同天线配置的最佳选择。

 

在商业印刷电路板(PCB)材料上制造“心碎”形微带贴片天线,并用商用微波矢量网络分析仪(VNA)表征。测量结果非常接近不同软件模拟程序的仿真数据。

 

该天线在2.9 GHz以下频率具有高输入阻抗,这意味着电流在这些频率处被中断。在2.90至10.70 GHz的整个带宽范围内,输入阻抗的实部接近50Ω。因此,该设计是各种不同UWB应用的理想选择,同时为其宽带宽保持相对较小的尺寸,具有高增益和86.6%UWB效率。

 

参考资料:“The Broken-Heart Printed Antenna for Ultrawideband Applications,” IEEE Antennas & Propagation Magazine, Vol. 60, No. 6, December 2018, pp. 45-61.

 

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