矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析

田子建¹，雷婧¹，王文清²

1. 中国矿业大学(北京)机电与信息工程学院2. 北京工业职业技术学院电气与信息工程学院

摘 要：为满足煤矿井下天线小型化以及本安设计的要求,分析了超宽带信号在矿井通信中的适应性,并设计了超宽带单极子介质谐振器天线,根据单极子天线和介质谐振器放置在介质基板上的不同方式可分为交叉式或平面式2种结构,天线长×宽×厚仅为30.5 mm×15 mm×5.762 mm,实现了天线的小型化。该天线在宽频段中有较高的辐射效率,具有良好的方向性,结构简单。应用高频仿真软件HFSS分别对交叉式和平面式单极子介质谐振器天线进行建模,分别分析了反射系数、辐射方向图、天线增益等主要性能,交叉式介质谐振器天线工作频率为4.2~10.9 GHz,相对带宽达到89%,为进一步验证超宽带单极子介质谐振器天线的性能,进行了试验测试,结果表明超宽带单极子介质谐振器天线具有良好的方向性,验证了仿真结果的正确性。

关键词：煤矿井下;介质谐振器天线;超宽带天线;单极子天线;