新型介质贴片天线身材更小，通信效率更高

实现了介质贴片天线设计理论的创造性突破，提出了一种新的变容二极管加载方案。引入耦合电容的概念，解决了传统天线的能耗问题，首次实现了高辐射效率的频率可重构介质贴片天线和阵列...在近日举行的第十七届挑战杯全国大学生课外学术科技作品大赛“黑科技”专项赛中，南通大学信息科学技术学院学生团队研发的新型天线被评为“明星”。

该成果结合了可重构技术和介质贴片天线技术，为天线的未来发展做出了尝试。不仅如此，他们的介质贴片天线还申请了三项国家专利，受到了通信基站天线行业龙头企业的青睐。

天线需要“瘦身”

天线作为无线通信系统中发射和接收信号的部件，在信息传输中起着至关重要的作用。“天线可以说是无处不在，生活中所有的无线通信都用到它。”团队成员、信息与通信工程专业19级研究生唐世昌说，“目前广泛使用的是金属天线，也叫微带贴片天线。这种天线虽然能满足目前的发展需要，但随着通信频率的提高，其辐射效率会逐渐降低，也会产生更大的能量损耗。”

去年11月，工信部指出，“十四五”期间，我国力争建成全球最大的5G自主组网网络。

随着基于5G的“万物互联”时代的开始，为了满足高速率和大容量通信的需求，大量功能单一的天线堆积在当前的基站上，导致体积和能耗激增。如何让天线有更高的性能，更灵巧，是5G时代甚至6G时代的难题。

介质贴片天线技术的突破

“一开始，我们借鉴了介质谐振器天线的工作机理，将介质材料与基板材料相结合，使天线即使在通信频率不断提高的情况下，也能保证稳定高效的辐射效率。”团队成员、电子科学与技术专业本科生王筱凡说。

但与传统的纯金属天线相比，天线使用的不同材料在加工过程中性质不同，在加热过程中会发生不同的变化，导致无法融合。

在探索过程中，香港城市大学两位教授提出的介质贴片天线基本模型引起了团队成员的注意。

介质贴片天线是一种新型的准平面天线。与传统金属天线相比，其尺寸缩小50%，效率可提高10%以上。”团队成员、19级信息与通信工程专业研究生王雪莹说，在南通大学教授陈建新的指导下，团队利用可重构技术设计开发了介质贴片天线。

“传统的天线是按照一定的方向性场景来设计的，相当于一个天线只能服务单一的应用场景。”陈建新教授说，“如果将可重构技术引入到单个天线中，对天线的性能进行重构，使其可以自由切换，应对不同场景，不仅可以降低基站的建设成本和通信平台的天线数量，还可以更适合我们社会多样化的应用场景和用户多样化的通信需求。”

“当时陈建新老师提醒我们注意介质贴片谐振器的叠层结构，让我们尽量充分发挥它的优势。”王筱凡说，“因此，我们进行了文献调查，发现传统的调谐元件加载方案会恶化天线的辐射性能。”因此，结合谐振器的叠层结构，吸收传统金属天线的优点，团队决定在他们研究的介质贴片天线的第二层基板上放置一个可调元件。因为使用了陶瓷材料，所以散热时不会影响谐振器的工作特性。电容二极管被完美地用作可调元件，可重构技术被应用于介质贴片天线。

可以预见，随着新材料和新工艺的不断出现，毫米波介质贴片天线的发展和应用将迎来新一轮的研究热潮。“未来，我们将致力于将介质贴片天线的研究拓展到毫米波段，使介质贴片天线满足更丰富、更多样、更严格的应用需求。”唐世昌告诉记者。