具有心形分形几何结构的超宽带印刷单极天线

《Scientific Reports》：Ultra-wideband printed monopole antenna with cardioid-shaped fractal geometry

　　

摘要

本文介绍了一种基于分形心形几何结构的紧凑型超宽频带（UWB）印刷单极天线，该天线设计用于在4–30 GHz频率范围内工作。该天线适用于多种无线应用，包括物联网、WLAN、WiMAX以及卫星通信，同时也适合用于射频能量收集系统。随着无线设备密度的增加以及环境中的电磁辐射日益严重，现代天线系统需要能够以单一紧凑结构高效覆盖多个频段。为满足这些需求，该天线采用了基于分形心形结构的辐射元件，从而在不增大天线尺寸的情况下显著提升带宽。该天线是在成本较低的FR-4基板上制造的，并已通过实验验证。实验结果与仿真结果高度吻合，证明了该设计的可靠性。该天线在SHF频段的广泛范围内可实现\(S_{11}\)值低于?10dB，具有稳定的辐射特性，增益可达5 dBi，效率可达80%。此外，该天线的阻抗特性良好，可直接集成到整流天线系统中，无需额外的匹配网络。凭借其紧凑的尺寸、微小的电尺寸、低成本、超宽频带性能以及经过实验验证的可靠性，该天线非常适合集成到下一代物联网设备、多频段通信系统以及射频能量收集应用中。