第 ４３ 卷第 １ 期 煤 炭 科 学 技 术 Ｖｏｌ1049008 ４３　 Ｎｏ1049008 １　

　 ２０１５ 年 １ 月 Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｊａｎ　 ２０１５　

矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析

田子建１ꎬ雷　 婧１ꎬ王文清２

(１中国矿业大学(北京) 机电与信息工程学院ꎬ北京　 １０００８３ꎻ２北京工业职业技术学院 电气与信息工程学院ꎬ北京　 １０００４２)

摘　 要为满足煤矿井下天线小型化以及本安设计的要求ꎬ分析了超宽带信号在矿井通信中的适应

性ꎬ并设计了超宽带单极子介质谐振器天线ꎬ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ꎬ天线长times宽times厚仅为 ３０1049008 ５ ｍｍtimes１５ ｍｍtimes５1049008 ７６２ ｍｍꎬ实现了天线

的小型化ꎮ 该天线在宽频段中有较高的辐射效率ꎬ具有良好的方向性ꎬ结构简单ꎮ 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ꎬ分别分析了反射系数辐射方向图天线增益等主要性能ꎬ交叉式介质谐振器天线工作频率为 ４1049008 ２ ~ １０1049008 ９ ＧＨｚꎬ相对带宽达到 ８９ꎬ为进一

步验证超宽带单极子介质谐振器天线的性能ꎬ进行了试验测试ꎬ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ꎬ验证了仿真结果的正确性ꎮ关键词煤矿井下ꎻ介质谐振器天线ꎻ超宽带天线ꎻ单极子天线

中图分类号ＴＤ６７　 　 　 文献标志码Ａ　 　 　 文章编号０２５３－２３３６(２０１５)０１－００８１－０５

Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｍｉｎｅ ｓｍａｌｌｔｙｐｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａ

ＴＩＡＮ Ｚｉ－ｊｉａｎ１ꎬＬＥＩ Ｊｉｎｇ１ꎬＷＡＮＧ Ｗｅｎ－ｑｉｎｇ２

(１Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(Ｂｅｉｊｉｎｇ)ꎬＢｅｉｊｉｎｇ　 １０００８３ꎬＣｈｉｎａꎻ２Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ ＣｏｌｌｅｇｅꎬＢｅｉｊｉｎｇ　 １０００４２ꎬＣｈｉｎａ)

ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ａｎ ａｎｔｅｎｎａ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｅꎬｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｓｕｉｔ￣ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ｉｎ ｍｉｎｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＡｎ ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｍｅｄｉｕｍ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄＡｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｓｅｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｄｉｕｍ ｓｕｂｓｔｒａｔｅꎬｔｈｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｔｏ ｃｒｏｓｓ ｍｏｄｅ ｏｒ ｐｌａｎｅ ｍｏｄｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓＴｈｅ ｌｅｎｇｔｈꎬｗｉｄｔｈꎬｔｈｉｃｋ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａ ｗａｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ３０５ꎬ１５ꎬ５７６２ ｍｍ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｓｍａｌｌ ｔｙｐｅ ａｎｔｅｎｎａ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｒｅａｌｉｚｅｄＴｈｅ ａｎ￣ｔｅｎｎａ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ｈｉｇｈ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｂｒｏａｄ ｂａｎｄꎬａｎ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ａ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅＡ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ ＨＦＳＳ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｐｌａｎｅ ｔｙｐｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｍｅｄｉｕｍ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｌｙ ａｎｄ ｔｏ ｉｎｄｉ￣ｖｉｄｕａｌｌｙ ａｎａｌｙｚｅ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔꎬｒａｄｉａｔｉｏｎ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｄｒａｗｎꎬａｎｔｅｎｎａ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｅｎｅｆｉｔ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓＴｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆｒｅ￣ｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｃｒｏｓｓ ｍｅｄｉｕｍ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗａｓ ４２~１０９ ＧＨｚ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｒｅａｃｈｅｄ ａｔ ８９Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｖｅｒｉｆｙ ｐｅｒ￣ｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｍｅｄｉｕｍ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａꎬａ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄＴｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｍｅｄｉｕｍ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｏｕｌｄ ｈａｖｅ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｄｉｒｅｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓＫｅｙ ｗｏｒｄｓｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｅꎻｍｅｄｉｕｍｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａꎻＵｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａ

收稿日期２０１４－０９－０２ꎻ责任编辑赵　 瑞　 　 ＤＯＩ１０１３１９９ ｊｃｎｋｉｃｓｔ２０１５０１０２０基金项目国家高技术研究发展计划(８６３ 计划)资助项目(２０１２ＡＡ０６２２０３)ꎻ国家自然科学基金资助项目(Ｕ１２６１１２５)ꎻ北京市教育委员会创新团

队建设提升计划资助项目(ＩＤＨＴ２０１３０５１１)作者简介田子建(１９６４mdash)ꎬ男ꎬ湖南望城人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎮ Ｔｅｌ０１０－６２３３１０１１ꎬＥ－ｍａｉｌ１３９１１５５０９４０ １６３ｃｏｍ引用格式田子建ꎬ雷　 婧ꎬ王文清矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析[Ｊ] 煤炭科学技术ꎬ２０１５ꎬ４３(１)８１－８５

ＴＩＡＮ Ｚｉ－ｊｉａｎꎬＬＥＩ ＪｉｎｇꎬＷＡＮＧ Ｗｅｎ－ｑｉｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｎ ｍｉｎｅ ｓｍａｌｌ ｔｙｐｅ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｕｌｔｒａ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｔｅｎｎａ[ Ｊ] Ｃｏａｌ Ｓｃｉ￣ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１５ꎬ４３(１)８１－８５

０　 引　 　 言

　 　 超宽带技术采用极宽的频谱极窄脉冲传送信

息[１]ꎬ根据美国联邦通信委员会(ＦＣＣ)２００２ 年公布

的 ＵＷＢ 通信标准绝对带宽大于 ５００ ＭＨｚꎬ或相对

带宽大于 ２０ꎬ工作频带为 ３1049008 １ ~ １０1049008 ６ ＧＨｚꎬ考虑到

宽频谱会对周围近距离其他无线信号造成干扰ꎬ超宽带技术在地面已不作为公用的通信方式存在ꎬ与

１８

２０１５ 年第 １ 期 煤 炭 科 学 技 术 第 ４３ 卷

红外超声波蓝牙等相比ꎬ超宽带发射的是持续时

间极短的单周期脉冲ꎬ且占空比极低ꎬ多径信号在时

间上可分离ꎬ抗干扰能力强ꎻ超宽带系统使用脉冲的

持续时间一般为 ０1049008 ２０~ ２1049008 ００ ｎｓꎬ在高速通信时系统

耗电量仅几百微瓦至几十毫瓦ꎬ功耗低ꎮ 而且井下

封闭环境不受频率使用的限制ꎮ 因此ꎬ超宽带非常

适合在煤矿井下使用ꎬ在煤矿井下通信有潜在的应

用前景[２－３]ꎮ　 　 大部分具有超宽带工作特性的天线体积较大或

结构复杂ꎬ将超宽带技术应用于煤矿井下ꎬ除了面临

煤矿井下受限空间通信ꎬ矿井巷道狭长ꎬ传输损耗大

等困难外[４－５]ꎬ还需要解决天线小型化和本质安全

天线问题ꎬ因此ꎬ矿井超宽带天线需要解决以下关键

性技术指标较高的增益较好的能量转换效率和良

好的方向性ꎮ 尽管在超宽带天线小型化设计的研究

取得了很多进展[６－８]ꎬ然而ꎬ以往对 ＵＷＢ 天线的小

型化能量转换效率等方面的研究仍然存在问题ꎮ介质谐振器自从作为辐射器用作天线以来ꎬ由于介

质谐振器天线体积小ꎬ质量小ꎬ成本低ꎬ易集成ꎬ没有

表面波损耗ꎬ金属损耗辐射效率高ꎬ馈电方式灵活多

变等优点ꎬ其在现代无线通信中得到了广泛应用ꎮ可行的 ＵＷＢ 天线设计需要解决许多问题ꎬ包括足

够的阻抗匹配带宽ꎬ紧凑的天线体积ꎬ较高的辐射效

率ꎬ稳定的增益和群延迟ꎬ避免不良的辐射方向及避

免与日常的通信频带相冲突等因素ꎮ 有研究者通过

改变介质谐振器的形状(Ｔ 型Ｌ 型圆锥型和蝶型

等)和结构改进介质谐振器天线[９－１５]ꎬ相对带宽

３０~６０ꎮ 也有研究者从馈电结构进行改进ꎬ文献

[１６]提出利用椭圆贴片馈电的方法ꎬ文献[１７－１８]提出利用倒梯形贴片馈电的方法ꎬ文献[１９]设计了

一种受调谐臂影响的开孔扇形介质谐振器天线ꎬ较好地缩小了天线体积ꎬ文献[２０－２１]分别设计了 Ａ型天线和低交叉极化天线ꎬ都取得了较好的进展ꎮ

笔者设计了一种新型超宽带介质谐振器天线ꎬ主要由 Ｈ 型介质谐振器(ＤＲ)单极子天线和介质

基板组成ꎬＨ 型介质谐振器由介电常数为 ９1049008 ８ 的

Ｒｏｇｅｒｓ ＴＭＭ１０ｉ 构成ꎬ这种超宽带介质谐振器天线

具有结构简单尺寸较小的特点ꎬ适用于煤矿井下的

环境ꎮ 利用高频结构仿真器进行仿真试验ꎬ获得了

性能较好的天线参数ꎮ

１　 天线结构

　 　 单极子天线ＤＲ直微带馈线和金属地板固定

在介电常数为 ２1049008 ９４ 的 ＲＴ６００２ 介质基板上ꎬ组成的

紧凑超宽带介质谐振器天线(ＵＷＢ ＤＲＡꎬ以下简称

ＤＲＡ)ꎬ根据单极子天线和 ＤＲ 固定在基板上的不同

方式ꎬ将谐振器天线分为交叉式和平面式 ２ 种平面

式谐振器天线将单极子天线和 ＤＲ 置于基板的正

面ꎬ而交叉式谐振器天线的单极子天线和 ＤＲ 置于

基板的两侧ꎬ交叉式 ＤＲＡ 结构如图 １ 所示ꎬ具体的

模型尺寸如图 ２ 所示ꎮ

图 １　 交叉式 ＤＲＡ 结构

图 ２　 ＤＲＡ 交叉式的模型尺寸

　 　 单极子天线印刷在基板的正面ꎬ由 １ 根电阻 ５０Ω 的微带线进行馈电ꎮ ＤＲＡ 长 ３０1049008 ５ ｍｍ宽 １５ｍｍ厚 ５1049008 ７６２ ｍｍꎬ其中ꎬ介质基板长 Ｌｓ ＝ ３０1049008 ５ ｍｍꎬ宽 Ｗｓ ＝ １５ ｍｍꎬ厚为 ０1049008 ７６２ ｍｍꎻＨ 型介质谐振器长

Ｌｄ ＝ １８1049008 ５ ｍｍꎬ宽 １５ ｍｍꎬ厚 ５ ｍｍꎬ其中正侧面长

Ｄ１ ＝ ２1049008 ８８１ ｍｍꎬ反侧面长 Ｄ２ ＝ ２1049008 １１９ ｍｍꎻ单极子天

线长 Ｌｐ ＝ ７1049008 ５ ｍｍꎬ宽 Ｗｐ ＝ ８ ｍｍꎬ开口长度 ａ＝ １ ｍｍꎻ直微带馈线长 Ｌｆ ＝ １２ ｍｍꎬ宽 Ｗｆ ＝ ２ ｍｍꎻ金属地板长

Ｌｇ ＝ １１1049008 ５ ｍｍꎬ介质谐振器和金属地板之间距离 ｇ ＝０1049008 ５ ｍｍꎮ

２　 天线设计与数值模拟

　 　 １)天线反射系数ꎮ 采用高频结构仿真器对介

质谐振器天线进行建模ꎬ并分析天线参数及其相关

性能ꎮ 首先研究超宽带天线的能量转换效率ꎬ以反

射系数衡量天线的能量转换效率ꎬ反射系统定义为

天线馈电端口的反射波与入射波比值ꎬ反射系数越

小ꎬ表明超宽带介质谐振器天线在规定的频带中将

输入天线的能量辐射至巷道空间的能力越强ꎮ 通过

２８

田子建等矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析 ２０１５ 年第 １ 期

加载介质谐振器来增大低频带宽ꎬ而 ＤＲＡ 高频带宽

主要受单极子天线设计的影响ꎮ 不同宽度 Ｗｐ交叉

式 ＤＲＡ 的反射系数如图 ３ 所示ꎬ加载介质谐振器的

小型天线在低频带达到了较低的低频ꎬ并且在高频

带根据不同的 Ｗｐ达到了不同的高频带宽ꎮ 随着宽

度 Ｗｐ从 ４~ ８ ｍｍ 的改变ꎬ天线的高频带宽不断增

加ꎬ由 ８1049008 ７ ＧＨｚ 逐渐增大到 １０1049008 ９ ＧＨｚꎬ反映了 Ｗｐ选

择对天线高频带宽的影响ꎬ并得出 Ｗｐ为 ８ ｍｍ 时符

合并充分利用了 ＦＣＣ 所规定的 ３1049008 １~１０1049008 ６ ＧＨｚ 的工

作频带ꎮ

图 ３　 不同宽度 Ｗｐ 交叉式 ＤＲＡ 的反射系数

　 　 截取不同开口长度 ａ 的情况下交叉式 ＤＲＡ 的

反射系数如图 ４ 所示ꎬ在不同的 ａ 下ꎬ高频带宽显著

变化ꎬ这也印证了上述高频带宽主要受单极子天线

设计的影响ꎮ 如图 ４ 所示ꎬ随着 ａ 的增大ꎬ天线的高

频带宽不断减小ꎬ反映了 ａ 尺寸选择对天线高频带

宽的影响ꎬ并得出 ａ 为 １ ｍｍ 时符合并充分利用了

ＦＣＣ 所规定的工作频带ꎮ 平面式和交叉式介质谐振

器天线的反射系数如图 ５ 所示ꎬ交叉式 ＤＲＡ 具有

４1049008 ２~１０1049008 ９ ＧＨｚ 的阻抗匹配带宽ꎬ相对带宽达 ８９ꎬ较适合 ＵＷＢ 天线的应用ꎬ表明该天线在 ＦＣＣ 规定

的频段下具有较好的能量辐射效率ꎬ具备了超宽带

天线的特点ꎬ煤矿井下应用的天线ꎬ较好的能量辐射

效率易于进行天线的本安设计ꎮ　 　 ２)天线方向性ꎮ 煤矿井下巷道狭长ꎬ超宽带信

号在巷道内传输经历大量的反射散射衍射以及透

射等现象ꎬ这就要求超宽带天线应该具有较好的方

图 ４　 截取不同开口长度 ａ 情况下交叉式 ＤＲＡ 反射系数

图 ５　 平面式和交叉式介质谐振器天线的反射系数

向性ꎬ交叉式和平面式 ＤＲＡ 在 ５７９ ＧＨｚ 各频率下

的辐射方向如图 ６ 和图 ７ 所示ꎬ包括 Ｈ 平面和 Ｅ 平

面ꎮ 一方面ꎬ如图 ６ 和图 ７ 所示ꎬ天线在 Ｈ 平面显

示了良好的方向辐射图ꎬ在 Ｅ 平面显示了类似双极

化的方向辐射图ꎮ 理论上ꎬ单极天线在 Ｈ 平面的辐

射增益应该为 ０ꎬ因为辐射方向图应该为一个完美

的圆环ꎮ 然而由于平面 ＤＲＡ 的非对称结构ꎬ平面

ＤＲＡ 的 Ｈ 平面方向图在较低或较高的频带并非完

美的圆形ꎮ 相比之下ꎬ交叉式 ＤＲＡ 则具备更优良的

方向性ꎬ它的 Ｈ 平面方向图则因更小的扭曲而呈现

为近似的圆形ꎮ 另一方面ꎬ由 Ｅ 平面方向图可知ꎬ交叉式 ＤＲＡ 相比平面式 ＤＲＡ 具有更小的交叉极

化ꎬ并且具有更好的八字形辐射特性ꎮ 如图 ６ 所示ꎬ交叉式天线在各个频率下的方向辐射特性ꎬ包括 Ｈ平面和 Ｅ 平面ꎬ都具有稳定的方向性ꎬ说明了该天

线在整个超宽带工作频带都具有稳定而良好的方向

特性ꎬ这为超宽带天线的在煤矿井下的应用奠定了

基础ꎮ

圈外数据为角度ꎬ单位为(deg)ꎻ圈内数据为归化均强ꎬ单位为 ｄＢ

图 ６　 不同频率下交叉式 ＤＲＡ 辐射方向

　 　 ３)天线增益ꎮ 根据 ＧＢ ３８３６1049008 １mdash２０１０laquo爆炸性

环境 第 １ 部分设备 通用要求raquo规定井下设备射

频天线的功率输出不应大于 ６ Ｗꎬ研究煤矿井下

ＵＷＢ 天线ꎬ着重解决天线在最大发射功率低于 ６ Ｗ

３８

２０１５ 年第 １ 期 煤 炭 科 学 技 术 第 ４３ 卷

圈外数据为角度ꎬ单位为(deg)ꎻ圈内数据为归化均强ꎬ单位为 ｄＢ

图 ７　 不同频率下平面式 ＤＲＡ 辐射方向

的前提下ꎬ要保证信号低于 ＵＷＢ 通信功率谱ꎮ 这

就要求超宽带天线应该具有较好的增益特性ꎬ交叉

式和平面式 ＤＲＡ 在整个工作频率的增益曲线如图

８ 所示ꎮ 笔者设计的天线在整个频段都具有较稳定

的增益ꎬ交叉式 ＤＲＡ 具有最高 ５1049008 ２ ｄＢ 的增益ꎬ平面

ＤＲＡ 则具有更高的增益ꎬ最高可达 ８ ｄＢꎮ 另外ꎬ该天线也具有较高的辐射效率ꎬ工作频带内可达 ９５以上ꎬ表明在整个工作频段内设计的天线具有较好

的增益特性ꎬ说明在减小天线尺寸的同时ꎬ能保持较

好的超宽带特性ꎮ 这就同时满足了在煤矿井下应用

超宽带天线有良好的增益ꎬ小型化的要求ꎮ

图 ８　 交叉式和平面式 ＤＲＡ 的增益曲线

３　 试验测试与结果分析

　 　 为验证笔者设计的单极子超宽带介质谐振器天

线的性能ꎬ课题组在山西华美奥集团兴陶煤矿进行

了试验测试ꎬ所选的测试巷道形状为长方形ꎬ巷道平

直宽约 ５ ｍꎬ采用信号发生器产生不同频段范围的

射频信号ꎬ将天线放置于直巷道中部ꎬ分别用超宽带

定向天线和普通全向天线发射功率为 １０ ｍＷ 的超

宽带信号ꎬ以 １００ ＭＨｚ 为频率间隔ꎬ从 ５００ ＭＨｚ 到 ３ＧＨｚ 各测试 ２６ 次ꎬ将接收机放置于距天线 １００ ｍ处ꎬ测量接收功率ꎬ测试结果如图 ９ 所示ꎮ　 　 分析测试结果可知上述试验测试验证了 ＵＷＢ定向天线可以有效增加信号的覆盖距离ꎬ矿井电磁

波传输损耗 Ｌ ＝ ３２1049008 ４５＋２０ｌｇ ｆ＋２０ｌｇ ｓ－Ｇ＋Ａ[２２]ꎮ 其

中ｆ 为信号频率ꎻｓ 为传输距离ꎻＧ 为发射天线增益ꎬＧ＝ＤηＡꎬＤ 为方向性系数ꎬηＡ 为反射系数ꎻＡ 为巷道

的损耗系数ꎮ 在发射功率接收灵敏度传输距离已

图 ９　 定向天线和普通全向天线测试数据对比

知情况下ꎬ特定巷道中某个频率的电磁波传输损耗

与发射天线的增益有关ꎬ通过测试可知ꎬ笔者设计的

定向天线有较好的增益ꎬ而天线增益越高ꎬ天线的定

向性越好ꎮ

４　 结　 　 语

　 　 １)设计了一种新型加载 ＤＲ 的单极子超宽带介

质谐振器天线ꎬ该天线用交叉式 Ｈ 型介质谐振器代

替了以往的金属基板ꎬ结构简单ꎬ方便使用和维护ꎮ　 　 ２)超宽带介质谐振器天线具有优良的方向性ꎬ并且其交叉的 Ｈ 型介质谐振器结构使得天线在 Ｅ平面具有较小的交叉极化ꎮ 很好的方向特性为超宽

带天线在煤矿井下的应用奠定了基础ꎮ　 　 ３)超宽带介质谐振器天线主要从 Ｈ 型的介质

谐振器和单极子天线 ２ 个方面增加天线带宽ꎮ 工作

频率为 ４1049008 ２~１０1049008 ９ ＧＨｚ 的天线ꎬ相对带宽达到 ８９ꎬ带宽理想ꎬ充分利用了 ＦＣＣ 所规定的 ３1049008 １ ~ １０1049008 ６ＧＨｚ 的工作频带ꎬ并且在整个工作频带具有较高的

增益和辐射效率ꎬ因此适用于煤矿井下的环境ꎮ

参考文献

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[９] 　 Ｋｉｓｈｋ Ａ ＡꎬＹｉｎ ＹꎬＧｌｉｓｓｏｎ ＷＣｏｎｉｃａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇꎬ２００２(４)４６９－４７４

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105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892(上接第 ８０ 页)

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５８

２０１５ 年第 １ 期 煤 炭 科 学 技 术 第 ４３ 卷

红外超声波蓝牙等相比ꎬ超宽带发射的是持续时

间极短的单周期脉冲ꎬ且占空比极低ꎬ多径信号在时

间上可分离ꎬ抗干扰能力强ꎻ超宽带系统使用脉冲的

持续时间一般为 ０1049008 ２０~ ２1049008 ００ ｎｓꎬ在高速通信时系统

耗电量仅几百微瓦至几十毫瓦ꎬ功耗低ꎮ 而且井下

封闭环境不受频率使用的限制ꎮ 因此ꎬ超宽带非常

适合在煤矿井下使用ꎬ在煤矿井下通信有潜在的应

用前景[２－３]ꎮ　 　 大部分具有超宽带工作特性的天线体积较大或

结构复杂ꎬ将超宽带技术应用于煤矿井下ꎬ除了面临

煤矿井下受限空间通信ꎬ矿井巷道狭长ꎬ传输损耗大

等困难外[４－５]ꎬ还需要解决天线小型化和本质安全

天线问题ꎬ因此ꎬ矿井超宽带天线需要解决以下关键

性技术指标较高的增益较好的能量转换效率和良

好的方向性ꎮ 尽管在超宽带天线小型化设计的研究

取得了很多进展[６－８]ꎬ然而ꎬ以往对 ＵＷＢ 天线的小

型化能量转换效率等方面的研究仍然存在问题ꎮ介质谐振器自从作为辐射器用作天线以来ꎬ由于介

质谐振器天线体积小ꎬ质量小ꎬ成本低ꎬ易集成ꎬ没有

表面波损耗ꎬ金属损耗辐射效率高ꎬ馈电方式灵活多

变等优点ꎬ其在现代无线通信中得到了广泛应用ꎮ可行的 ＵＷＢ 天线设计需要解决许多问题ꎬ包括足

够的阻抗匹配带宽ꎬ紧凑的天线体积ꎬ较高的辐射效

率ꎬ稳定的增益和群延迟ꎬ避免不良的辐射方向及避

免与日常的通信频带相冲突等因素ꎮ 有研究者通过

改变介质谐振器的形状(Ｔ 型Ｌ 型圆锥型和蝶型

等)和结构改进介质谐振器天线[９－１５]ꎬ相对带宽

３０~６０ꎮ 也有研究者从馈电结构进行改进ꎬ文献

[１６]提出利用椭圆贴片馈电的方法ꎬ文献[１７－１８]提出利用倒梯形贴片馈电的方法ꎬ文献[１９]设计了

一种受调谐臂影响的开孔扇形介质谐振器天线ꎬ较好地缩小了天线体积ꎬ文献[２０－２１]分别设计了 Ａ型天线和低交叉极化天线ꎬ都取得了较好的进展ꎮ

笔者设计了一种新型超宽带介质谐振器天线ꎬ主要由 Ｈ 型介质谐振器(ＤＲ)单极子天线和介质

基板组成ꎬＨ 型介质谐振器由介电常数为 ９1049008 ８ 的

Ｒｏｇｅｒｓ ＴＭＭ１０ｉ 构成ꎬ这种超宽带介质谐振器天线

具有结构简单尺寸较小的特点ꎬ适用于煤矿井下的

环境ꎮ 利用高频结构仿真器进行仿真试验ꎬ获得了

性能较好的天线参数ꎮ

１　 天线结构

　 　 单极子天线ＤＲ直微带馈线和金属地板固定

在介电常数为 ２1049008 ９４ 的 ＲＴ６００２ 介质基板上ꎬ组成的

紧凑超宽带介质谐振器天线(ＵＷＢ ＤＲＡꎬ以下简称

ＤＲＡ)ꎬ根据单极子天线和 ＤＲ 固定在基板上的不同

方式ꎬ将谐振器天线分为交叉式和平面式 ２ 种平面

式谐振器天线将单极子天线和 ＤＲ 置于基板的正

面ꎬ而交叉式谐振器天线的单极子天线和 ＤＲ 置于

基板的两侧ꎬ交叉式 ＤＲＡ 结构如图 １ 所示ꎬ具体的

模型尺寸如图 ２ 所示ꎮ

图 １　 交叉式 ＤＲＡ 结构

图 ２　 ＤＲＡ 交叉式的模型尺寸

　 　 单极子天线印刷在基板的正面ꎬ由 １ 根电阻 ５０Ω 的微带线进行馈电ꎮ ＤＲＡ 长 ３０1049008 ５ ｍｍ宽 １５ｍｍ厚 ５1049008 ７６２ ｍｍꎬ其中ꎬ介质基板长 Ｌｓ ＝ ３０1049008 ５ ｍｍꎬ宽 Ｗｓ ＝ １５ ｍｍꎬ厚为 ０1049008 ７６２ ｍｍꎻＨ 型介质谐振器长

Ｌｄ ＝ １８1049008 ５ ｍｍꎬ宽 １５ ｍｍꎬ厚 ５ ｍｍꎬ其中正侧面长

Ｄ１ ＝ ２1049008 ８８１ ｍｍꎬ反侧面长 Ｄ２ ＝ ２1049008 １１９ ｍｍꎻ单极子天

线长 Ｌｐ ＝ ７1049008 ５ ｍｍꎬ宽 Ｗｐ ＝ ８ ｍｍꎬ开口长度 ａ＝ １ ｍｍꎻ直微带馈线长 Ｌｆ ＝ １２ ｍｍꎬ宽 Ｗｆ ＝ ２ ｍｍꎻ金属地板长

Ｌｇ ＝ １１1049008 ５ ｍｍꎬ介质谐振器和金属地板之间距离 ｇ ＝０1049008 ５ ｍｍꎮ

２　 天线设计与数值模拟

　 　 １)天线反射系数ꎮ 采用高频结构仿真器对介

质谐振器天线进行建模ꎬ并分析天线参数及其相关

性能ꎮ 首先研究超宽带天线的能量转换效率ꎬ以反

射系数衡量天线的能量转换效率ꎬ反射系统定义为

天线馈电端口的反射波与入射波比值ꎬ反射系数越

小ꎬ表明超宽带介质谐振器天线在规定的频带中将

输入天线的能量辐射至巷道空间的能力越强ꎮ 通过

２８

田子建等矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析 ２０１５ 年第 １ 期

加载介质谐振器来增大低频带宽ꎬ而 ＤＲＡ 高频带宽

主要受单极子天线设计的影响ꎮ 不同宽度 Ｗｐ交叉

式 ＤＲＡ 的反射系数如图 ３ 所示ꎬ加载介质谐振器的

小型天线在低频带达到了较低的低频ꎬ并且在高频

带根据不同的 Ｗｐ达到了不同的高频带宽ꎮ 随着宽

度 Ｗｐ从 ４~ ８ ｍｍ 的改变ꎬ天线的高频带宽不断增

加ꎬ由 ８1049008 ７ ＧＨｚ 逐渐增大到 １０1049008 ９ ＧＨｚꎬ反映了 Ｗｐ选

择对天线高频带宽的影响ꎬ并得出 Ｗｐ为 ８ ｍｍ 时符

合并充分利用了 ＦＣＣ 所规定的 ３1049008 １~１０1049008 ６ ＧＨｚ 的工

作频带ꎮ

图 ３　 不同宽度 Ｗｐ 交叉式 ＤＲＡ 的反射系数

　 　 截取不同开口长度 ａ 的情况下交叉式 ＤＲＡ 的

反射系数如图 ４ 所示ꎬ在不同的 ａ 下ꎬ高频带宽显著

变化ꎬ这也印证了上述高频带宽主要受单极子天线

设计的影响ꎮ 如图 ４ 所示ꎬ随着 ａ 的增大ꎬ天线的高

频带宽不断减小ꎬ反映了 ａ 尺寸选择对天线高频带

宽的影响ꎬ并得出 ａ 为 １ ｍｍ 时符合并充分利用了

ＦＣＣ 所规定的工作频带ꎮ 平面式和交叉式介质谐振

器天线的反射系数如图 ５ 所示ꎬ交叉式 ＤＲＡ 具有

４1049008 ２~１０1049008 ９ ＧＨｚ 的阻抗匹配带宽ꎬ相对带宽达 ８９ꎬ较适合 ＵＷＢ 天线的应用ꎬ表明该天线在 ＦＣＣ 规定

的频段下具有较好的能量辐射效率ꎬ具备了超宽带

天线的特点ꎬ煤矿井下应用的天线ꎬ较好的能量辐射

效率易于进行天线的本安设计ꎮ　 　 ２)天线方向性ꎮ 煤矿井下巷道狭长ꎬ超宽带信

号在巷道内传输经历大量的反射散射衍射以及透

射等现象ꎬ这就要求超宽带天线应该具有较好的方

图 ４　 截取不同开口长度 ａ 情况下交叉式 ＤＲＡ 反射系数

图 ５　 平面式和交叉式介质谐振器天线的反射系数

向性ꎬ交叉式和平面式 ＤＲＡ 在 ５７９ ＧＨｚ 各频率下

的辐射方向如图 ６ 和图 ７ 所示ꎬ包括 Ｈ 平面和 Ｅ 平

面ꎮ 一方面ꎬ如图 ６ 和图 ７ 所示ꎬ天线在 Ｈ 平面显

示了良好的方向辐射图ꎬ在 Ｅ 平面显示了类似双极

化的方向辐射图ꎮ 理论上ꎬ单极天线在 Ｈ 平面的辐

射增益应该为 ０ꎬ因为辐射方向图应该为一个完美

的圆环ꎮ 然而由于平面 ＤＲＡ 的非对称结构ꎬ平面

ＤＲＡ 的 Ｈ 平面方向图在较低或较高的频带并非完

美的圆形ꎮ 相比之下ꎬ交叉式 ＤＲＡ 则具备更优良的

方向性ꎬ它的 Ｈ 平面方向图则因更小的扭曲而呈现

为近似的圆形ꎮ 另一方面ꎬ由 Ｅ 平面方向图可知ꎬ交叉式 ＤＲＡ 相比平面式 ＤＲＡ 具有更小的交叉极

化ꎬ并且具有更好的八字形辐射特性ꎮ 如图 ６ 所示ꎬ交叉式天线在各个频率下的方向辐射特性ꎬ包括 Ｈ平面和 Ｅ 平面ꎬ都具有稳定的方向性ꎬ说明了该天

线在整个超宽带工作频带都具有稳定而良好的方向

特性ꎬ这为超宽带天线的在煤矿井下的应用奠定了

基础ꎮ

圈外数据为角度ꎬ单位为(deg)ꎻ圈内数据为归化均强ꎬ单位为 ｄＢ

图 ６　 不同频率下交叉式 ＤＲＡ 辐射方向

　 　 ３)天线增益ꎮ 根据 ＧＢ ３８３６1049008 １mdash２０１０laquo爆炸性

环境 第 １ 部分设备 通用要求raquo规定井下设备射

频天线的功率输出不应大于 ６ Ｗꎬ研究煤矿井下

ＵＷＢ 天线ꎬ着重解决天线在最大发射功率低于 ６ Ｗ

３８

２０１５ 年第 １ 期 煤 炭 科 学 技 术 第 ４３ 卷

圈外数据为角度ꎬ单位为(deg)ꎻ圈内数据为归化均强ꎬ单位为 ｄＢ

图 ７　 不同频率下平面式 ＤＲＡ 辐射方向

的前提下ꎬ要保证信号低于 ＵＷＢ 通信功率谱ꎮ 这

就要求超宽带天线应该具有较好的增益特性ꎬ交叉

式和平面式 ＤＲＡ 在整个工作频率的增益曲线如图

８ 所示ꎮ 笔者设计的天线在整个频段都具有较稳定

的增益ꎬ交叉式 ＤＲＡ 具有最高 ５1049008 ２ ｄＢ 的增益ꎬ平面

ＤＲＡ 则具有更高的增益ꎬ最高可达 ８ ｄＢꎮ 另外ꎬ该天线也具有较高的辐射效率ꎬ工作频带内可达 ９５以上ꎬ表明在整个工作频段内设计的天线具有较好

的增益特性ꎬ说明在减小天线尺寸的同时ꎬ能保持较

好的超宽带特性ꎮ 这就同时满足了在煤矿井下应用

超宽带天线有良好的增益ꎬ小型化的要求ꎮ

图 ８　 交叉式和平面式 ＤＲＡ 的增益曲线

３　 试验测试与结果分析

　 　 为验证笔者设计的单极子超宽带介质谐振器天

线的性能ꎬ课题组在山西华美奥集团兴陶煤矿进行

了试验测试ꎬ所选的测试巷道形状为长方形ꎬ巷道平

直宽约 ５ ｍꎬ采用信号发生器产生不同频段范围的

射频信号ꎬ将天线放置于直巷道中部ꎬ分别用超宽带

定向天线和普通全向天线发射功率为 １０ ｍＷ 的超

宽带信号ꎬ以 １００ ＭＨｚ 为频率间隔ꎬ从 ５００ ＭＨｚ 到 ３ＧＨｚ 各测试 ２６ 次ꎬ将接收机放置于距天线 １００ ｍ处ꎬ测量接收功率ꎬ测试结果如图 ９ 所示ꎮ　 　 分析测试结果可知上述试验测试验证了 ＵＷＢ定向天线可以有效增加信号的覆盖距离ꎬ矿井电磁

波传输损耗 Ｌ ＝ ３２1049008 ４５＋２０ｌｇ ｆ＋２０ｌｇ ｓ－Ｇ＋Ａ[２２]ꎮ 其

中ｆ 为信号频率ꎻｓ 为传输距离ꎻＧ 为发射天线增益ꎬＧ＝ＤηＡꎬＤ 为方向性系数ꎬηＡ 为反射系数ꎻＡ 为巷道

的损耗系数ꎮ 在发射功率接收灵敏度传输距离已

图 ９　 定向天线和普通全向天线测试数据对比

知情况下ꎬ特定巷道中某个频率的电磁波传输损耗

与发射天线的增益有关ꎬ通过测试可知ꎬ笔者设计的

定向天线有较好的增益ꎬ而天线增益越高ꎬ天线的定

向性越好ꎮ

４　 结　 　 语

　 　 １)设计了一种新型加载 ＤＲ 的单极子超宽带介

质谐振器天线ꎬ该天线用交叉式 Ｈ 型介质谐振器代

替了以往的金属基板ꎬ结构简单ꎬ方便使用和维护ꎮ　 　 ２)超宽带介质谐振器天线具有优良的方向性ꎬ并且其交叉的 Ｈ 型介质谐振器结构使得天线在 Ｅ平面具有较小的交叉极化ꎮ 很好的方向特性为超宽

带天线在煤矿井下的应用奠定了基础ꎮ　 　 ３)超宽带介质谐振器天线主要从 Ｈ 型的介质

谐振器和单极子天线 ２ 个方面增加天线带宽ꎮ 工作

频率为 ４1049008 ２~１０1049008 ９ ＧＨｚ 的天线ꎬ相对带宽达到 ８９ꎬ带宽理想ꎬ充分利用了 ＦＣＣ 所规定的 ３1049008 １ ~ １０1049008 ６ＧＨｚ 的工作频带ꎬ并且在整个工作频带具有较高的

增益和辐射效率ꎬ因此适用于煤矿井下的环境ꎮ

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[１３] 　 Ｒａｏ Ｑ ＪꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲＢｒｏａｄｂａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔａｃｋｅｄ Ｔ－

ｓｈａｐｅｄ ＤＲＡ ｗｉｔｈ ｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌ － ｔｒｉａｎｇｌｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｓ [ Ｊ] ＩＥＥＥＡｎｔｅｎｎａｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇ Ｌｅｔｔꎬ２００６(１)７－１１

[１４] 　 Ｃｈａｉｒ ＲꎬＫｉｓｈｋ Ａ ＡꎬＬｅｅ Ｋ ＦＷｉｄｅｎｂａｎｄ ｓｔａｉｒ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇꎬ２００７(２)

２９９－３０５[１５] 　 Ｔｈａｍａｅ Ｌ ＺꎬＷＵ Ｚｈｉ－ｐｅｎｇＢｒｏａｄｂａｎｄ ｂｏｗｔｉｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ

ａｎｔｅｎｎａ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２０１０(１１)３７０７－

３７１２[１６] 　 Ｚｈａｎｇ Ｌ ＮꎬＺｈｏｎｇ Ｓ ＳꎬＸｕ Ｓ ＱＢｒｏａｄｂａｎｄ Ｕ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ

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ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｉｎｖｅｒｔｅｄ －

ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｐａｔｃｈ ｆｅｅｄ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２００９(１)２７１－２７４

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[２０] 　 Ｒｙｕ Ｋｅｎｎｙ ＳｅｕｎｇｗｏｏꎬＫｉｓｈｋ Ａｈｍｅｄ ＡＵｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｂｒｏａｄｓｉｄｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｍｏｕｎｔｅｄ ｏｎ ａ ｖｅｒｔｉｃａｌｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ ｅｄｇｅ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐ￣ａｇａｔｉｏｎꎬ２０１０(４)１０４７－１０５３

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ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ [ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２０１１(４)１４０３－１４０８

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105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892(上接第 ８０ 页)

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５８

田子建等矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析 ２０１５ 年第 １ 期

加载介质谐振器来增大低频带宽ꎬ而 ＤＲＡ 高频带宽

主要受单极子天线设计的影响ꎮ 不同宽度 Ｗｐ交叉

式 ＤＲＡ 的反射系数如图 ３ 所示ꎬ加载介质谐振器的

小型天线在低频带达到了较低的低频ꎬ并且在高频

带根据不同的 Ｗｐ达到了不同的高频带宽ꎮ 随着宽

度 Ｗｐ从 ４~ ８ ｍｍ 的改变ꎬ天线的高频带宽不断增

加ꎬ由 ８1049008 ７ ＧＨｚ 逐渐增大到 １０1049008 ９ ＧＨｚꎬ反映了 Ｗｐ选

择对天线高频带宽的影响ꎬ并得出 Ｗｐ为 ８ ｍｍ 时符

合并充分利用了 ＦＣＣ 所规定的 ３1049008 １~１０1049008 ６ ＧＨｚ 的工

作频带ꎮ

图 ３　 不同宽度 Ｗｐ 交叉式 ＤＲＡ 的反射系数

　 　 截取不同开口长度 ａ 的情况下交叉式 ＤＲＡ 的

反射系数如图 ４ 所示ꎬ在不同的 ａ 下ꎬ高频带宽显著

变化ꎬ这也印证了上述高频带宽主要受单极子天线

设计的影响ꎮ 如图 ４ 所示ꎬ随着 ａ 的增大ꎬ天线的高

频带宽不断减小ꎬ反映了 ａ 尺寸选择对天线高频带

宽的影响ꎬ并得出 ａ 为 １ ｍｍ 时符合并充分利用了

ＦＣＣ 所规定的工作频带ꎮ 平面式和交叉式介质谐振

器天线的反射系数如图 ５ 所示ꎬ交叉式 ＤＲＡ 具有

４1049008 ２~１０1049008 ９ ＧＨｚ 的阻抗匹配带宽ꎬ相对带宽达 ８９ꎬ较适合 ＵＷＢ 天线的应用ꎬ表明该天线在 ＦＣＣ 规定

的频段下具有较好的能量辐射效率ꎬ具备了超宽带

天线的特点ꎬ煤矿井下应用的天线ꎬ较好的能量辐射

效率易于进行天线的本安设计ꎮ　 　 ２)天线方向性ꎮ 煤矿井下巷道狭长ꎬ超宽带信

号在巷道内传输经历大量的反射散射衍射以及透

射等现象ꎬ这就要求超宽带天线应该具有较好的方

图 ４　 截取不同开口长度 ａ 情况下交叉式 ＤＲＡ 反射系数

图 ５　 平面式和交叉式介质谐振器天线的反射系数

向性ꎬ交叉式和平面式 ＤＲＡ 在 ５７９ ＧＨｚ 各频率下

的辐射方向如图 ６ 和图 ７ 所示ꎬ包括 Ｈ 平面和 Ｅ 平

面ꎮ 一方面ꎬ如图 ６ 和图 ７ 所示ꎬ天线在 Ｈ 平面显

示了良好的方向辐射图ꎬ在 Ｅ 平面显示了类似双极

化的方向辐射图ꎮ 理论上ꎬ单极天线在 Ｈ 平面的辐

射增益应该为 ０ꎬ因为辐射方向图应该为一个完美

的圆环ꎮ 然而由于平面 ＤＲＡ 的非对称结构ꎬ平面

ＤＲＡ 的 Ｈ 平面方向图在较低或较高的频带并非完

美的圆形ꎮ 相比之下ꎬ交叉式 ＤＲＡ 则具备更优良的

方向性ꎬ它的 Ｈ 平面方向图则因更小的扭曲而呈现

为近似的圆形ꎮ 另一方面ꎬ由 Ｅ 平面方向图可知ꎬ交叉式 ＤＲＡ 相比平面式 ＤＲＡ 具有更小的交叉极

化ꎬ并且具有更好的八字形辐射特性ꎮ 如图 ６ 所示ꎬ交叉式天线在各个频率下的方向辐射特性ꎬ包括 Ｈ平面和 Ｅ 平面ꎬ都具有稳定的方向性ꎬ说明了该天

线在整个超宽带工作频带都具有稳定而良好的方向

特性ꎬ这为超宽带天线的在煤矿井下的应用奠定了

基础ꎮ

圈外数据为角度ꎬ单位为(deg)ꎻ圈内数据为归化均强ꎬ单位为 ｄＢ

图 ６　 不同频率下交叉式 ＤＲＡ 辐射方向

　 　 ３)天线增益ꎮ 根据 ＧＢ ３８３６1049008 １mdash２０１０laquo爆炸性

环境 第 １ 部分设备 通用要求raquo规定井下设备射

频天线的功率输出不应大于 ６ Ｗꎬ研究煤矿井下

ＵＷＢ 天线ꎬ着重解决天线在最大发射功率低于 ６ Ｗ

３８

２０１５ 年第 １ 期 煤 炭 科 学 技 术 第 ４３ 卷

圈外数据为角度ꎬ单位为(deg)ꎻ圈内数据为归化均强ꎬ单位为 ｄＢ

图 ７　 不同频率下平面式 ＤＲＡ 辐射方向

的前提下ꎬ要保证信号低于 ＵＷＢ 通信功率谱ꎮ 这

就要求超宽带天线应该具有较好的增益特性ꎬ交叉

式和平面式 ＤＲＡ 在整个工作频率的增益曲线如图

８ 所示ꎮ 笔者设计的天线在整个频段都具有较稳定

的增益ꎬ交叉式 ＤＲＡ 具有最高 ５1049008 ２ ｄＢ 的增益ꎬ平面

ＤＲＡ 则具有更高的增益ꎬ最高可达 ８ ｄＢꎮ 另外ꎬ该天线也具有较高的辐射效率ꎬ工作频带内可达 ９５以上ꎬ表明在整个工作频段内设计的天线具有较好

的增益特性ꎬ说明在减小天线尺寸的同时ꎬ能保持较

好的超宽带特性ꎮ 这就同时满足了在煤矿井下应用

超宽带天线有良好的增益ꎬ小型化的要求ꎮ

图 ８　 交叉式和平面式 ＤＲＡ 的增益曲线

３　 试验测试与结果分析

　 　 为验证笔者设计的单极子超宽带介质谐振器天

线的性能ꎬ课题组在山西华美奥集团兴陶煤矿进行

了试验测试ꎬ所选的测试巷道形状为长方形ꎬ巷道平

直宽约 ５ ｍꎬ采用信号发生器产生不同频段范围的

射频信号ꎬ将天线放置于直巷道中部ꎬ分别用超宽带

定向天线和普通全向天线发射功率为 １０ ｍＷ 的超

宽带信号ꎬ以 １００ ＭＨｚ 为频率间隔ꎬ从 ５００ ＭＨｚ 到 ３ＧＨｚ 各测试 ２６ 次ꎬ将接收机放置于距天线 １００ ｍ处ꎬ测量接收功率ꎬ测试结果如图 ９ 所示ꎮ　 　 分析测试结果可知上述试验测试验证了 ＵＷＢ定向天线可以有效增加信号的覆盖距离ꎬ矿井电磁

波传输损耗 Ｌ ＝ ３２1049008 ４５＋２０ｌｇ ｆ＋２０ｌｇ ｓ－Ｇ＋Ａ[２２]ꎮ 其

中ｆ 为信号频率ꎻｓ 为传输距离ꎻＧ 为发射天线增益ꎬＧ＝ＤηＡꎬＤ 为方向性系数ꎬηＡ 为反射系数ꎻＡ 为巷道

的损耗系数ꎮ 在发射功率接收灵敏度传输距离已

图 ９　 定向天线和普通全向天线测试数据对比

知情况下ꎬ特定巷道中某个频率的电磁波传输损耗

与发射天线的增益有关ꎬ通过测试可知ꎬ笔者设计的

定向天线有较好的增益ꎬ而天线增益越高ꎬ天线的定

向性越好ꎮ

４　 结　 　 语

　 　 １)设计了一种新型加载 ＤＲ 的单极子超宽带介

质谐振器天线ꎬ该天线用交叉式 Ｈ 型介质谐振器代

替了以往的金属基板ꎬ结构简单ꎬ方便使用和维护ꎮ　 　 ２)超宽带介质谐振器天线具有优良的方向性ꎬ并且其交叉的 Ｈ 型介质谐振器结构使得天线在 Ｅ平面具有较小的交叉极化ꎮ 很好的方向特性为超宽

带天线在煤矿井下的应用奠定了基础ꎮ　 　 ３)超宽带介质谐振器天线主要从 Ｈ 型的介质

谐振器和单极子天线 ２ 个方面增加天线带宽ꎮ 工作

频率为 ４1049008 ２~１０1049008 ９ ＧＨｚ 的天线ꎬ相对带宽达到 ８９ꎬ带宽理想ꎬ充分利用了 ＦＣＣ 所规定的 ３1049008 １ ~ １０1049008 ６ＧＨｚ 的工作频带ꎬ并且在整个工作频带具有较高的

增益和辐射效率ꎬ因此适用于煤矿井下的环境ꎮ

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３７１２[１６] 　 Ｚｈａｎｇ Ｌ ＮꎬＺｈｏｎｇ Ｓ ＳꎬＸｕ Ｓ ＱＢｒｏａｄｂａｎｄ Ｕ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｐａｔｃｈ ｆｅｅｄ [ Ｊ] Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔꎬ２００８ꎬ４４(１６)９４７－９５０

[１７] 　 ＬＩＡＮＧ Ｘｉａｎ－ＬｉｎｇꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡＨ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｗｉｒｅ￣ｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓꎬ２００８(７)１６３－１６６

[１８] 　 ＬＩＡＮＧ Ｘｉａｎ－ＬｉｎｇꎬＤｅｎｉｄｎ Ｔ ＡꎬＺＨＡＮＧ Ｌｉ － ｎａＷｉｄｅｂａｎｄ ｌ －

ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｉｎｖｅｒｔｅｄ －

ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｐａｔｃｈ ｆｅｅｄ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２００９(１)２７１－２７４

[１９] 　 Ａｈｍｅｄ Ｏ Ｍ ＨꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡＣｏｍｐａｃｔ ＵＷＢ ｐｒｉｎｔｅｄｍｏｎｏｐｏｌｅ ｌｏａｄｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ[Ｊ] ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１１ꎬ４７(１)７－１２

[２０] 　 Ｒｙｕ Ｋｅｎｎｙ ＳｅｕｎｇｗｏｏꎬＫｉｓｈｋ Ａｈｍｅｄ ＡＵｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｂｒｏａｄｓｉｄｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｍｏｕｎｔｅｄ ｏｎ ａ ｖｅｒｔｉｃａｌｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ ｅｄｇｅ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐ￣ａｇａｔｉｏｎꎬ２０１０(４)１０４７－１０５３

[２１] 　 Ｒｙｕ Ｋｅｎｎｙ ＳｅｕｎｇｗｏｏꎬＫｉｓｈｋ Ａｈｍｅｄ ＡＵＷＢ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｈａｖｉｎｇ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｏｍｎｉ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｒｏｓｓ－

ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ [ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２０１１(４)１４０３－１４０８

[２２] 　 ＺＨＡＮＧ Ｙ ＰＮｏｖｅｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｕｎ￣ｎｅｌｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００３(５)１３０８－１３１４

105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892(上接第 ８０ 页)

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象匹配辅助导航系统构建[ Ｊ] 测控技术ꎬ２０１２ꎬ３１(８)１０５－

１０９[１０] 　 牛剑峰 一种带有视频控制系统的液压支架组中国ꎬ

ＺＬ２０１３１０１９２４５３1049008 ４[Ｐ]２０１３－０８－１４

[１１] 　 李　 想智能视频监控图像中运动目标检测方法的研究[ Ｊ]

无线互联科技ꎬ２０１３(８)１５８

[１２] 　 周伟胜基于事件的协同感知模型的研究及框架设计与实现

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[１３] 　 帕特里克1048944米勒ꎬ刘滨谊ꎬ唐　 真从视觉偏好研究一种理解

景观感知的方法[Ｊ] 中国园林ꎬ２０１３(５)２２－２６

[１４] 　 廖兴海ꎬ刘贵喜ꎬ周承兴基于 ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２ 的增强视景系

统设计与实现[Ｊ] 现代电子技术ꎬ２０１０ꎬ３３３(２２)８１－８４ꎬ８９

[１５] 　 高雪飞ꎬ张晓杰基于 ＴＭＳ３２０ＤＭ６４２ 实现图像的灰度均衡处

理[Ｊ] 数字技术与应用ꎬ２０１２(５)１

[１６] 　 牛剑峰ꎬ赵文生ꎬ代　 刚一种煤矿综采工作面用具有自除尘

功能的摄像仪中国ꎬＺＬ２０１４１０１０３８３２1049008 ６[Ｐ]２０１４－０８－１４

[１７] 　 张建公低照度视频技术在综采工作面监控系统的应用[ Ｊ]

煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(８)９２－９４ꎬ９８

[１８] 　 袁 　 静ꎬ史维峰ꎬ郝 　 昂ꎬ等ＣＳＣＷ 系统中协同感知的研究

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大学ꎬ２００８１－４９

５８

２０１５ 年第 １ 期 煤 炭 科 学 技 术 第 ４３ 卷

圈外数据为角度ꎬ单位为(deg)ꎻ圈内数据为归化均强ꎬ单位为 ｄＢ

图 ７　 不同频率下平面式 ＤＲＡ 辐射方向

的前提下ꎬ要保证信号低于 ＵＷＢ 通信功率谱ꎮ 这

就要求超宽带天线应该具有较好的增益特性ꎬ交叉

式和平面式 ＤＲＡ 在整个工作频率的增益曲线如图

８ 所示ꎮ 笔者设计的天线在整个频段都具有较稳定

的增益ꎬ交叉式 ＤＲＡ 具有最高 ５1049008 ２ ｄＢ 的增益ꎬ平面

ＤＲＡ 则具有更高的增益ꎬ最高可达 ８ ｄＢꎮ 另外ꎬ该天线也具有较高的辐射效率ꎬ工作频带内可达 ９５以上ꎬ表明在整个工作频段内设计的天线具有较好

的增益特性ꎬ说明在减小天线尺寸的同时ꎬ能保持较

好的超宽带特性ꎮ 这就同时满足了在煤矿井下应用

超宽带天线有良好的增益ꎬ小型化的要求ꎮ

图 ８　 交叉式和平面式 ＤＲＡ 的增益曲线

３　 试验测试与结果分析

　 　 为验证笔者设计的单极子超宽带介质谐振器天

线的性能ꎬ课题组在山西华美奥集团兴陶煤矿进行

了试验测试ꎬ所选的测试巷道形状为长方形ꎬ巷道平

直宽约 ５ ｍꎬ采用信号发生器产生不同频段范围的

射频信号ꎬ将天线放置于直巷道中部ꎬ分别用超宽带

定向天线和普通全向天线发射功率为 １０ ｍＷ 的超

宽带信号ꎬ以 １００ ＭＨｚ 为频率间隔ꎬ从 ５００ ＭＨｚ 到 ３ＧＨｚ 各测试 ２６ 次ꎬ将接收机放置于距天线 １００ ｍ处ꎬ测量接收功率ꎬ测试结果如图 ９ 所示ꎮ　 　 分析测试结果可知上述试验测试验证了 ＵＷＢ定向天线可以有效增加信号的覆盖距离ꎬ矿井电磁

波传输损耗 Ｌ ＝ ３２1049008 ４５＋２０ｌｇ ｆ＋２０ｌｇ ｓ－Ｇ＋Ａ[２２]ꎮ 其

中ｆ 为信号频率ꎻｓ 为传输距离ꎻＧ 为发射天线增益ꎬＧ＝ＤηＡꎬＤ 为方向性系数ꎬηＡ 为反射系数ꎻＡ 为巷道

的损耗系数ꎮ 在发射功率接收灵敏度传输距离已

图 ９　 定向天线和普通全向天线测试数据对比

知情况下ꎬ特定巷道中某个频率的电磁波传输损耗

与发射天线的增益有关ꎬ通过测试可知ꎬ笔者设计的

定向天线有较好的增益ꎬ而天线增益越高ꎬ天线的定

向性越好ꎮ

４　 结　 　 语

　 　 １)设计了一种新型加载 ＤＲ 的单极子超宽带介

质谐振器天线ꎬ该天线用交叉式 Ｈ 型介质谐振器代

替了以往的金属基板ꎬ结构简单ꎬ方便使用和维护ꎮ　 　 ２)超宽带介质谐振器天线具有优良的方向性ꎬ并且其交叉的 Ｈ 型介质谐振器结构使得天线在 Ｅ平面具有较小的交叉极化ꎮ 很好的方向特性为超宽

带天线在煤矿井下的应用奠定了基础ꎮ　 　 ３)超宽带介质谐振器天线主要从 Ｈ 型的介质

谐振器和单极子天线 ２ 个方面增加天线带宽ꎮ 工作

频率为 ４1049008 ２~１０1049008 ９ ＧＨｚ 的天线ꎬ相对带宽达到 ８９ꎬ带宽理想ꎬ充分利用了 ＦＣＣ 所规定的 ３1049008 １ ~ １０1049008 ６ＧＨｚ 的工作频带ꎬ并且在整个工作频带具有较高的

增益和辐射效率ꎬ因此适用于煤矿井下的环境ꎮ

参考文献

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[８] 　 Ｄｉｓｓａｎａｙａｋｅ ＴꎬＥｓｓｅｌｌｅ Ｋ Ｐ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｔｃｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｓｌｏｔ ｌｏａｄｅｄ ｐｒｉｎｔｅｄ ＵＷＢ ａｎｔｅｎｎａｓ [ Ｊ ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＡｎｔｅｎｎａｓＰｒｏｐａｇꎬ２００７(１１)３３２０－３３２５

[９] 　 Ｋｉｓｈｋ Ａ ＡꎬＹｉｎ ＹꎬＧｌｉｓｓｏｎ ＷＣｏｎｉｃａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇꎬ２００２(４)４６９－４７４

[１０] 　 Ｋｉｓｈｋ Ａ ＡＷｉｄｅ－ｂａｎｄ ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｅｘｃｉｔｅｄ ｂｙ ａ ｃｏａｘｉａｌ ｐｒｏｂｅ [ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＡｎｔｅｎｎａｓＰｒｏｐａｇꎬ２００３(１０)２９１３－２９１７

[１１] 　 Ｄｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡꎬＲａｏ Ｑ ＪꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲＢｒｏａｄｂａｎｄ ｌ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ[ Ｊ] ＩＥＥＥ ＡｎｔｅｎｎａｓＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇ Ｌｅｔｔꎬ２００５(１１)４５３－４５９

[１２] 　 Ｗａｌｓｈ Ａ ＧꎬＹｏｕｎｇ Ｓ ＤꎬＬｏｎｇ Ｓ ＡＡｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｃｋｅｄ ａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓ[ Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎ￣ｔｅｎｎａｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇ Ｌｅｔｔꎬ２００６(６)１３０－１３４

[１３] 　 Ｒａｏ Ｑ ＪꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲＢｒｏａｄｂａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔａｃｋｅｄ Ｔ－

ｓｈａｐｅｄ ＤＲＡ ｗｉｔｈ ｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌ － ｔｒｉａｎｇｌｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｓ [ Ｊ] ＩＥＥＥＡｎｔｅｎｎａｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇ Ｌｅｔｔꎬ２００６(１)７－１１

[１４] 　 Ｃｈａｉｒ ＲꎬＫｉｓｈｋ Ａ ＡꎬＬｅｅ Ｋ ＦＷｉｄｅｎｂａｎｄ ｓｔａｉｒ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇꎬ２００７(２)

２９９－３０５[１５] 　 Ｔｈａｍａｅ Ｌ ＺꎬＷＵ Ｚｈｉ－ｐｅｎｇＢｒｏａｄｂａｎｄ ｂｏｗｔｉｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ

ａｎｔｅｎｎａ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２０１０(１１)３７０７－

３７１２[１６] 　 Ｚｈａｎｇ Ｌ ＮꎬＺｈｏｎｇ Ｓ ＳꎬＸｕ Ｓ ＱＢｒｏａｄｂａｎｄ Ｕ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｐａｔｃｈ ｆｅｅｄ [ Ｊ] Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔꎬ２００８ꎬ４４(１６)９４７－９５０

[１７] 　 ＬＩＡＮＧ Ｘｉａｎ－ＬｉｎｇꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡＨ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｗｉｒｅ￣ｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓꎬ２００８(７)１６３－１６６

[１８] 　 ＬＩＡＮＧ Ｘｉａｎ－ＬｉｎｇꎬＤｅｎｉｄｎ Ｔ ＡꎬＺＨＡＮＧ Ｌｉ － ｎａＷｉｄｅｂａｎｄ ｌ －

ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｉｎｖｅｒｔｅｄ －

ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｐａｔｃｈ ｆｅｅｄ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２００９(１)２７１－２７４

[１９] 　 Ａｈｍｅｄ Ｏ Ｍ ＨꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡＣｏｍｐａｃｔ ＵＷＢ ｐｒｉｎｔｅｄｍｏｎｏｐｏｌｅ ｌｏａｄｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ[Ｊ] ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１１ꎬ４７(１)７－１２

[２０] 　 Ｒｙｕ Ｋｅｎｎｙ ＳｅｕｎｇｗｏｏꎬＫｉｓｈｋ Ａｈｍｅｄ ＡＵｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｂｒｏａｄｓｉｄｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｍｏｕｎｔｅｄ ｏｎ ａ ｖｅｒｔｉｃａｌｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ ｅｄｇｅ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐ￣ａｇａｔｉｏｎꎬ２０１０(４)１０４７－１０５３

[２１] 　 Ｒｙｕ Ｋｅｎｎｙ ＳｅｕｎｇｗｏｏꎬＫｉｓｈｋ Ａｈｍｅｄ ＡＵＷＢ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｈａｖｉｎｇ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｏｍｎｉ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｒｏｓｓ－

ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ [ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２０１１(４)１４０３－１４０８

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105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892(上接第 ８０ 页)

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田子建等矿用小型化单极子超宽带天线设计和性能分析 ２０１５ 年第 １ 期

[５] 　 孙继平ꎬ成凌飞梯形巷道中电磁波传播的等效分析方法[ Ｊ] 煤炭科学技术ꎬ２００６ꎬ３４(１)８１－８３

[６] 　 Ｒｙｕ Ｋ ＳꎬＫｉｓｈｋ Ａ ＡＵＷＢ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ ｏｒ ｄｕａｌ ｂａｎｄ ｎｏｔ￣ｃｈｅｓ ｆｏｒ ｌｏｗｅｒ ｗｌａｎ ｂａｎｄ ａｎｄ ｕｐｐｅｒ ｗｌａｎ ｂａｎｄ [ Ｊ] ＩＥＥＥ ＴｒａｎｓＡｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇꎬ２００９(１２)３９４２－３９５０

[７] 　 ＬＩＵ Ｗ ＣꎬＣＨＥＮ Ｓ ＭＵｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ ｐｒｉｎｔｅｄ ｆｏｒｋ－ｓｈａｐｅｄ ｍｏｎｏ￣ｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ａ ｂａｎｄ－ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｍｉｃｒｏｗ [Ｊ] ＯｐｔＴｅｃｈｎｏｌ Ｌｅｔｔꎬ２００７ꎬ４９(７)１５３６－１５４０

[８] 　 Ｄｉｓｓａｎａｙａｋｅ ＴꎬＥｓｓｅｌｌｅ Ｋ Ｐ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｏｔｃｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｓｌｏｔ ｌｏａｄｅｄ ｐｒｉｎｔｅｄ ＵＷＢ ａｎｔｅｎｎａｓ [ Ｊ ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＡｎｔｅｎｎａｓＰｒｏｐａｇꎬ２００７(１１)３３２０－３３２５

[９] 　 Ｋｉｓｈｋ Ａ ＡꎬＹｉｎ ＹꎬＧｌｉｓｓｏｎ ＷＣｏｎｉｃａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇꎬ２００２(４)４６９－４７４

[１０] 　 Ｋｉｓｈｋ Ａ ＡＷｉｄｅ－ｂａｎｄ ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｅｘｃｉｔｅｄ ｂｙ ａ ｃｏａｘｉａｌ ｐｒｏｂｅ [ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＡｎｔｅｎｎａｓＰｒｏｐａｇꎬ２００３(１０)２９１３－２９１７

[１１] 　 Ｄｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡꎬＲａｏ Ｑ ＪꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲＢｒｏａｄｂａｎｄ ｌ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ[ Ｊ] ＩＥＥＥ ＡｎｔｅｎｎａｓＷｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇ Ｌｅｔｔꎬ２００５(１１)４５３－４５９

[１２] 　 Ｗａｌｓｈ Ａ ＧꎬＹｏｕｎｇ Ｓ ＤꎬＬｏｎｇ Ｓ ＡＡｎ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｃｋｅｄ ａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓ[ Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎ￣ｔｅｎｎａｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇ Ｌｅｔｔꎬ２００６(６)１３０－１３４

[１３] 　 Ｒａｏ Ｑ ＪꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲＢｒｏａｄｂａｎｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｓｔａｃｋｅｄ Ｔ－

ｓｈａｐｅｄ ＤＲＡ ｗｉｔｈ ｅｑｕｉｌａｔｅｒａｌ － ｔｒｉａｎｇｌｅ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｓ [ Ｊ] ＩＥＥＥＡｎｔｅｎｎａｓ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇ Ｌｅｔｔꎬ２００６(１)７－１１

[１４] 　 Ｃｈａｉｒ ＲꎬＫｉｓｈｋ Ａ ＡꎬＬｅｅ Ｋ ＦＷｉｄｅｎｂａｎｄ ｓｔａｉｒ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｍｉｃｒｏｗ Ａｎｔｅｎｎａｓ Ｐｒｏｐａｇꎬ２００７(２)

２９９－３０５[１５] 　 Ｔｈａｍａｅ Ｌ ＺꎬＷＵ Ｚｈｉ－ｐｅｎｇＢｒｏａｄｂａｎｄ ｂｏｗｔｉｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ

ａｎｔｅｎｎａ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２０１０(１１)３７０７－

３７１２[１６] 　 Ｚｈａｎｇ Ｌ ＮꎬＺｈｏｎｇ Ｓ ＳꎬＸｕ Ｓ ＱＢｒｏａｄｂａｎｄ Ｕ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ

ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｐａｔｃｈ ｆｅｅｄ [ Ｊ] Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔꎬ２００８ꎬ４４(１６)９４７－９５０

[１７] 　 ＬＩＡＮＧ Ｘｉａｎ－ＬｉｎｇꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡＨ－ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｆｏｒ ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｗｉｒｅ￣ｌｅｓｓ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｌｅｔｔｅｒｓꎬ２００８(７)１６３－１６６

[１８] 　 ＬＩＡＮＧ Ｘｉａｎ－ＬｉｎｇꎬＤｅｎｉｄｎ Ｔ ＡꎬＺＨＡＮＧ Ｌｉ － ｎａＷｉｄｅｂａｎｄ ｌ －

ｓｈａｐｅｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ａ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｉｎｖｅｒｔｅｄ －

ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｐａｔｃｈ ｆｅｅｄ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２００９(１)２７１－２７４

[１９] 　 Ａｈｍｅｄ Ｏ Ｍ ＨꎬＳｅｂａｋ Ａ ＲꎬＤｅｎｉｄｎｉ Ｔ ＡＣｏｍｐａｃｔ ＵＷＢ ｐｒｉｎｔｅｄｍｏｎｏｐｏｌｅ ｌｏａｄｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ[Ｊ] ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１１ꎬ４７(１)７－１２

[２０] 　 Ｒｙｕ Ｋｅｎｎｙ ＳｅｕｎｇｗｏｏꎬＫｉｓｈｋ Ａｈｍｅｄ ＡＵｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｔｏｒ ａｎｔｅｎｎａ ｗｉｔｈ ｂｒｏａｄｓｉｄｅ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｍｏｕｎｔｅｄ ｏｎ ａ ｖｅｒｔｉｃａｌｇｒｏｕｎｄ ｐｌａｎｅ ｅｄｇｅ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐ￣ａｇａｔｉｏｎꎬ２０１０(４)１０４７－１０５３

[２１] 　 Ｒｙｕ Ｋｅｎｎｙ ＳｅｕｎｇｗｏｏꎬＫｉｓｈｋ Ａｈｍｅｄ ＡＵＷＢ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒａｎｔｅｎｎａ ｈａｖｉｎｇ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｏｍｎｉ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｐａｔｔｅｒｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｃｒｏｓｓ－

ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ [ Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎬ２０１１(４)１４０３－１４０８

[２２] 　 ＺＨＡＮＧ Ｙ ＰＮｏｖｅｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｌｏｓｓ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｕｎ￣ｎｅｌｓ[Ｊ] ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｖｅｈｉｃｕｌａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００３(５)１３０８－１３１４

105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892105089210508921050892(上接第 ８０ 页)

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