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硕士研究生田洪亮在国际权威期刊Advanced Engineering Materials论文发表
发布者: 刘海文 | 2021-05-13

介质谐振器天线因其低损耗、轻量化、易于激励以及高设计自由度等优势,数十年来一直是天线领域的研究热点。随着现代无线通信系统的发展,对天线的多功能融合、低损耗和小型化性能提出了越来越高的要求。

针对上述需求,西安交通大学刘海文教授团队硕士研究生田洪亮等同学,同教育部多功能材料与结构重点实验室周迪教师团队合作,利用极低损耗Y3Al5O12透明微波介质陶瓷,研究设计了一款应用于WLAN5G通信的双通带滤波介质谐振器天线。该研究相关的论文题为《Dual-band Filtering Dielectric Antenna Using High Quality Factor Y3Al5O12 Transparent Dielectric Ceramics》,该研究成果在2021430日已被《Advanced Engineering Materials》(SCI影响因子:3.217)在线发表。

1 所设计加工的Y3Al5O12透明微波介质陶瓷和双通带滤波DRA

Y3Al5O12透明微波介质陶瓷同传统应用于透明介质天线的玻璃、亚克力、水晶等透明材料相比,具有极低损耗、高介电常数、热稳定性以及更低的低烧结温度等优势。该工作中,研究者创新性将极低损耗Y3Al5O12透明微波介质陶瓷应用在介质谐振器天线DRA设计中。以四模枝节加载环形谐振器作为滤波馈电结构,采用缝隙磁耦合,激励DRA TE111TE113模式,应用双通带滤波综合设计方法,将双模DRA等效为最后一级谐振器和辐射单元,去除了传统滤波器和天线的中间连接,进一步减小天线尺寸和连接损耗。

2双通带滤波DRA等效电路

实验测量结果显示,该双通带滤波介质天线中心频率为3.42GHz5.28GHz,10Db阻抗带宽分别为5.8% (200 MHz)4.0% (210 MHz),可应用于WLAN 5G 通信。所需工作频带内的增益达到4.85-5.18 dBi 5.14-6.45 dBi,实测结果与仿真结果吻合良好,体现了该双通带滤波介质天线的良好性能,同时验证了Y3Al5O12透明微波介质陶瓷的优秀微波介质特性。

3仿真与测试结果反射系数和增益

这一研究探索验证了滤波天线综合设计方法应用在双通带滤波介质谐振器天线的基本思路,为多功能介质谐振器天线的研制提供了可行的解决方案,所设计的双通带滤波介质谐振器天线对于装饰、景观与照明多功能天线具有潜在的应用价值。

该项研究得到了国家自然科学基金重点项目(No. U1831201),国家重点研发计划(No. 2017YFE0128200)和陕西省国际科技合作计划项目(No.2019KW-003)的资助。

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