超宽频介质谐振器天线.doc

在竖直平面边缘安装宽边模式的超宽带陶瓷谐振器天线
摘要：一种新型的根据宽边辐射设计的便携式陶瓷谐振器天线（DRA）有待为超宽带无线移动应用和窄脉冲传感器的乳腺癌检测提供帮助。该天线发送宽边辐射。在竖直平面边缘安装实心距形陶瓷谐振器，总天线的用量要比在水平地面少。宽阻抗匹配带宽已经获得实现。另外，实心距形陶瓷谐振器天线的改进版（一个A型谐振器的两边）可以提供与带宽相合度达93%的更宽阻抗，它有良好的宽带辐射特性且质量小。通过参数分析对两种天线进行比较，改进后的天线测试结果和估计值吻合。
简介
提高带宽和天线微型化是天线工程设计的重要技术。在某些应用领域，许多天线工程师们一直试图设计拥有良好宽带性能的宽带小天线，DRA是一个不错的选择。自从1983年首次提出陶瓷传感天线的应用，DRA以其高辐射效率、低损失率、尺寸小、质量轻等突出特性，20年来一直都是活跃的研究领域。而且，DRA有高度的设计灵活性，是高效率和低成本应用的最佳选择。
过去为了提高带宽进行了大量实验。DRA宽带研究首次由Kishk通过实验提出，将两个不同的DRA叠加形成一个25%的阻抗带宽谐振系统。此后，研究者提出了很多提高带宽的方法。利用DR结构灵活的特点，各种几何形状的DRA，如圆锥形、椭圆形、四面体、井形、楼梯和H型应用于提高带宽技术中。DRA和地面天线之间的空隙可以进一步提高带宽。一个多层的DRA可用于提高带宽，加载陶瓷谐振器。由于DR显著影响辐射的共振频率和相关的耦合机制，提供如下几种DRA：T-DRA、L-DRA、V-VRA。通过使用上述提高带宽的技术，25%-67%的DRA带宽是宽带辐射模式。单极带宽辐射模式比宽边型要容易实现，以前在环形DR前加载一个单极模型来提高带宽。近来，一些文章提出竖直平面内DRA模型以获得全方位格局。然而，它们之中没有宽带模式的DRA,也没有哪个获得了UWB所需的带宽。这里，我们介绍一种新型的DRA设计，DR是安装在竖直平面边缘的宽带辐射模式，跟单极带宽辐射模式不同。而且，我们提出的这种新型的竖直平面模型，从理论上讲天线总体积可以减少75%，总质量也轻得多。详细分析见HFSS。

天线布局
图1所示为提出的DRA的演变进程。1.a图所示为被条形激励源激励的矩形DRA。被条形激励源激励的DRA被记录下来，由于不对称结构和高阶模式的影响，在E-平面模式下的一些变形，可以在高频段观察得到。1.b图所示为安装在竖直平面边缘的矩形DRA，如图安装DR比图1.a所用天线减少，该结构可以提供与带宽匹配的宽阻抗。然而，这种结构也会出现与1.a图中观察到的E-平面模式下高频段尾部类似的不对称性。
DRA的尺寸是14mm宽，18.3mm长，5.08mm厚度，其介电常数为10.2，且它由一个30*30mm2的、介电常数为2.94、厚度为0.762mm的RT6002基片所支撑。水平面投影到基片处于DRA下面，水平面的大小是11*30mm2，线的阻值大约为50欧姆，匹配电压器的长度为（Lg-LF1）。剩下的天线部件如图2所示。

数字调查
数字调查十分重要，因为它向天线工程师提供了一些对天线特点的理解，对我们的天线研究有帮助。首先，我们展示了如何提高E-平面削减宽阔面辐射模式。即便图二的结果可以从2007的IEEE天线及传播会议中找到，它完全没有提到改进E-平面削减模式的沟效应。我们通过其他方式进一步改进辐射模式。其次，我们就带宽问题研究了一些参数，从而了解我们理想的DRA的特性。其三，我们比较了H-平面削减模式以及我们理想类型和平坦类型的垂直水平面的交叉极化等级的效果。同样要指出的是，理想类型的物理性能强，在被植入绝缘基片时可能不需要任何黏合剂，只需在DRA表面沾一点点胶水即可黏在基片上。平面类型则需要在基体表面涂上黏合剂。
许多宽阔面模式的DR天线在电流探测时活跃，其宽阔面模式趋于畸形。由于高阶模式的存在，在中高频带出现辐射模式的变形。在E-切面辐射模型，因为非对称结构的单极电子探针激励，出现离天线轴线40。大倾角，也激发更高阶的模式。
图3显示在E-切面辐射模式下三角DR在8和9GHzd的削减。与平面竖直模型（将DR放在陶瓷基片上）下的情况相比，它们都包含非常小的交错偏差，下文将要论述。如前文所述，在E-切面辐射模式下，没有裂缝的三角DRA有一个40。的偏角，在8GHz时有30。的回差。在E-切面辐射模式下，由于带宽高频处有使它们在宽边方向出现不对称，从而造成不能接受的的变形。所以我们介绍一个有裂缝的DR和平面边缘增强相反方向的电场来平衡两边。然而，由于其他高阶模式的需要，仍然存在大约50。的偏差。我们注意到该裂缝在需要的方向上有一定程度的热量循环，但是还不足以弥补该困难，因为它只纠正了单极效应。
我们观察DR的场分布并且发现两点间的一些场可以影响辐