矿井超宽带小型单极子天线设计与性能优化

本文主要探讨了矿用小型化单极子超宽带天线的设计与性能分析。随着煤矿井下通信需求的增长，对天线的体积和安全性提出了更高的要求。作者针对这一背景，深入研究了超宽带信号在矿井通信环境中的适用性，因为超宽带技术能够提供宽广的频谱资源，有助于改善通信质量和抗干扰能力。 设计的关键在于开发了一款超宽带单极子介质谐振器天线。这种天线采用了单极子结构，结合介质谐振器，通过两种不同的布置方式——交叉式和平面式，实现了小型化目标。交叉式和平面式天线尺寸仅为30.5mm x 15mm x 5.762mm，这显著缩小了天线的体积，使得其能够在有限的空间内安装和使用。 在设计过程中，高频仿真软件HFSS被用于建模这两种结构的天线，对反射系数、辐射方向图和天线增益等关键性能参数进行了详尽分析。交叉式介质谐振器天线的工作频率范围为4.2~10.9 GHz，相对带宽高达89%，显示出极高的频率响应特性。这表明了天线在宽频段内具有良好的性能表现。 为了进一步验证理论分析，进行了实际的试验测试，结果证实了超宽带单极子介质谐振器天线具有优异的方向性，与仿真结果高度吻合。这种性能对于煤矿井下的无线通信至关重要，因为它确保了信号的定向传输，避免了不必要的信号干扰，提高了通信的可靠性和效率。 这篇论文对于提升煤矿井下通信系统的现代化水平，特别是在天线设计和性能优化方面提供了有价值的研究成果。它不仅满足了小型化和本质安全设计的需求，还展示了超宽带技术在极端环境下应用的潜力，对于推动矿井通信技术的发展具有重要意义。关键词包括煤矿井下、介质谐振器天线、超宽带天线和单极子天线，这些关键词揭示了文章的核心研究内容和领域。