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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

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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.


          



来源:微波工程仿真
电路通信电机Electric材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-07-12
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