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介电谐振器天线的最新进展：材料、设计、制造及其性能

介电谐振器天线的最新进展：材料、设计、制造及其性能 微波工程仿真
2025-03-24
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介电谐振器天线 （DRA） 因其多功能特性在天线工程技术领域获得了大量关注，包括紧凑、重量轻、低损耗、高辐射效率、易于激发、多样化的馈电技术、多种激励模式、易于与无源和有源微波集成电路元件集成、多种可用材料、简单的制造技术、 在宽频率范围内具有高度的灵活性。

目录
  • DRA 和微带贴片天线 （MPA）
  • 加载常用的介质材料
  • 参考资料



*

As shown below👇

*DRA 和微带贴片天线 （MPA）

DRA 和微带贴片天线 （MPA） 的性能比较
DRA 和微带贴片天线 （MPA） 在某些方面非常接近，包括相似的馈电机制和辐射方向图。
微带天线 （MSA） 在 1970 年代获得了研究界的关注，比 DRA 实际开始早了十年，到 1980 年代几乎涵盖了无线和微波通信的所有领域。
然而，由于几个已知的原因，DRA 被认为是 MPA 的可能替代品，尤其是在较高频率下。
MPA 具有低剖面和易于制造的优点,然而，由于带宽窄、表面波多、增益低和天线效率低，其应用受到限制。
DRA 重量轻、成本低、更容易激励、带宽相对较宽、损耗相对较低，并且比 2D 微带天线或 1D 单极天线具有更大的自由度。
由于没有导电材料，当选择低损耗介电材料时，DRA 的特点是辐射效率高。这一特性使它们非常适合 30 至 300 GHz 范围内的极高频应用。
在这些频率下，传统的金属天线会遭受更高的导体损耗。DRA 的阻抗带宽比微带天线宽得多，因为微带天线仅通过两个狭窄的辐射槽进行辐射，而 DRA 则通过除接地部分以外的整个天线表面进行辐射.


天线 频率 辐射效率 （%） 带宽 （%） 增益 （dBi）
比较
MPA
10 GHz
80.0
1.3
6.7
波束宽度和辐射方向图相同;
MPA低剖面 
DRA
10 GHz
95.0
10.3
7.7
MPA 阵列
25 GHz
⋯
4.8
19.0
MPA 阵列的制造成本低
DRA 阵列
25 GHz
⋯
6.2
20.0
CDRA 
35 GHz
94.9
15.6
6.9
DRA 辐射方向图比 MSA 略宽
圆盘 MSA
35 GHz
78.2
2.6
7.1
MPA 探头馈电
4 GHz
87.0
2.2
6.5
DRA 带宽和辐射效率高于 MPA，而 MPA 具有高增益
DRA 探头馈送
4 GHz
96.0
9.5
5.4
MPA 孔径馈电
4 GHz
82.0
2.9
5.8
DRA 孔径馈电
4 GHz
93.0
5.4
4.8
MPA 微带线馈线
4 GHz
80.0
2.2
6.1
DRA 微带线馈电
4 GHz
92.0
8.3
5.2
DRA（tanδ = 0.01）
500THz
58.0
⋯
⋯
 
MPA
500 THz
45.0
⋯
⋯
 
MPA
0.69 THz
⋯
22.5
10.4
 
密集 DPA 阵列
28 GHz
92.0
8.6
12.5
DDPA 和 MPA 阵列的比较
MPA阵列
28 GHz
88.5
4.3
11.6





*加载常用的介质材料

由于成本、尺寸、质量、稳定性、效率、耐用性和易用性，介电陶瓷已经取代了微波应用中的大尺寸金属腔。对小型化的需求不断增长，是开发更小、更轻的电介质的驱动力，这些电介质可以超越现有材料。
随着先进材料的要求，微波介电陶瓷行业具有巨大的创新和发展潜力。需要具有低烧结温度的材料来降低器件成本，并易于与聚合物和银基电极集成。微波陶瓷的性能取决于几个参数，包括它们的成分、起始材料的纯度、加工条件以及它们的最终致密化/孔隙率。

如下所示,微波介电材料需要适当的介电常数，高Q，低tanδ，温度稳定性接近于零τf。



材料
介电
Q*f
τf
(1 − x) Li2(Mg0.95Zn0.05)3−xLi2TiO3 
20.2 
35365 
−3.3 
Li3Mg2NbO6 
14.9 
100 965 
21.9 
Na0.5Bi0.5MoO4-Li2MoO4 
17.4 
7470 
Near zero 
0.5LMP-0.1CaTiO3-0.4K2MoO4 
9.1 
8500 
−6 
Bi (Sc1/3Mo2/3) O4 
24.4 
48 100 
−68 
Zn1.8SiO3.8 
6.5 
109 000 
−58 
0.9(Zn1.8SiO3.8-0.1Ba0.4Sr0.6Zn2Si2O7)-0.05CaTiO3 
7.3 
31 400 
−7.4 
Mg1.8Ni0.2Al4Si5O18 
4.5 
61 880 
−32 
BaF2 
7.3 
82 320 
−107.9 
AlON 
9.3 
4760 
−51.7 
MgAl2O4 
8.2 
110 510 
−74.1 
Y3Al5O12 
10.5 
95 270 
−51.7 
Sm(Nb1xVx)O4(0.2 ≤ x ≤ 0.4) 
18.0 
97 800 
−5.6 
(Sm0.875Bi0.125) NbO4(Sb0.125N) 
21.9 
38 300 
−9 
Li2Ti0.8(Cu1/3Nb2/3) O3(LTCN0.2) 
18.3 
77 840 
9.8 
x(NaBi)0.5MoO4-(1 − x) MoO3(0.2 ≤ x ≤ 0.9) 
24.4 
9030 
7.2 
Li2Ti0.75(Mg1/3Nb2/3)0.25O3 
20.7 
60 460 
4.3 
Li6B4O9 
5.9 
41 800 
−72 
CaTiO3-0.92K2MoO4 
8.5 
11 000 
−70 
(Na0.5xBi0.5xCa1−x) MoO4 
19.1–21.9 
20 660–22 700 
Near zero 
BaLa4Ti4O15 
44.4 
50 246 
−8.4 
ZnNb2O6 
25 
83 700 
−56.1 
BaO-TiO2-0.1WO3 
35 
8400 
0 
TiTe3O8 
50 
30 600 
133 
(Bi0.95Li0.05) (V0.9Mo0.1) O4–Na2Mo2O7 
40 
4000 
Near zero 
0.65CaTiO3-0.35LaAlO3 
44.8 
43 950 
0 
(Bi0.75Ce0.25) VO4 
47.9 
18 000 
15 
Ba6 − 3xR8 + 2xTi18O54 
80 
9300 
−9.8 
Bi2(Zn1/3Ta2/3)2O7 
63.9 
3500 
−14.1 
BaTi0.92Ga0.08O2.96 
74 
7815 
550 
Bi2(Li0.5Ta1.5) O7 
65.1 
15 500 
−17.5 
Bi2(La0.5Ta1.5) O7 + 0.02Bi2O3 
64.1 
11 200 
−19 
Ba4Nd9.33Ti15.6(Al0.4Ga0.6)24O52.8(BNT-AG2.4) 
67.7 
13 675 
4.4 
AgNb1−xTaxO3 
438 
432(711) 
⋯ 




参考文献

[1] M. Shehbaz, C. Du, D. Zhou, S. Xia, and Z. Xu, “Recent progress in dielectric resonator antenna: Materials, designs, fabrications, and their performance,” Applied Physics Reviews, vol. 10, no. 2, p. 021303, Apr. 2023, doi: 10.1063/5.0128779.


        



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微波工程仿真
关注数学、电磁理论、微波射频、电路、工业设计等内容以及相关的仿真、设计工具软件。
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