研究人员为UWB应用开发了一种“心碎”形状微带贴片天线

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。