超宽带椭圆天线(UWB椭圆天线)是一种电气尺寸小、结构简单、重量轻且成本低的印刷天线，常用于超宽带发射器。

理论特性

超宽带天线的拓扑结构源自圆形和椭圆形盘状单极天线，旨在作为宽带天线运行。

WIPL-D仿真

在WIPL-D软件中，金属板默认显示为青色，而其他颜色则用于表示介电表面(在本例中为红色)。因此，图1显示了该天线被印刷在介电基板上，并且没有接地平面(见图2)。因此，我们预计会有较高的后向辐射。

在WIPL-D软件中，超宽带椭圆天线的简单几何结构可以通过使用内置的基本图形(如圆形、连接母线体-BoCG和恒定截面体-BoCC)轻松建模。可以对模型使用对称性(见图3)。

天线在2GHz至20GHz的频率范围内进行了分析。我们计算了S11参数，因为它决定了天线的工作频带和匹配质量。我们还展示了在天线匹配良好的频率下的方向图和近场分布。用于计算的计算机采用了IntelR CoreTM i7 CPU 7700@3.60 GHz 处理器.

回波损耗如图4所示。天线的工作频带为4GHz至14GHz(在此范围内，S11小于-10 dB)

天线增益(3D方向图)如图5所示。可以看到，增益较低(最大值约为4.5dB)。此外，天线是准全向的。方向图显示，只有在接近xOy平面的方向上才有零点。由于没有使用反射器，向后方向的辐射也较为显著。

仿真的近场如图6所示。可以看到电磁波从驻波过渡到自由空间电磁波的过程。

未知数的数量和仿真时间如表1所示。WIPL-D采用了强大的插值方法来拟合YZS参数。因此，尽管频率范围较宽(起始频率和终止频率之间的比率为1:10)，仿真只在21个频点上进行。整个仿真时间为63秒。

结论

WIPL-D是一种频域仿真软件，而本案例中被仿真的天线是宽带天线(工作频段从5GHz到14GHz)。通常情况下，在频域仿真软件中对超宽带(UWB)设备进行仿真更加费时费力，因为需要仿真更多的频点。

为了提高仿真时间和需求，WIPL-D使用了多种优化手段。WIPL-D仿真基于矩量法，并独特地应用了高阶基函数。通过使用对称性，可以将未知数的数量减半(仿真时间也相应减少)。这对于电尺寸较大的模型尤为重要。此外，由于内置的结果插值功能，所需的仿真频点数量也被降到了最低。

超宽带椭圆天线是一种电尺寸较小的结构，所需的未知数非常少。代码执行在多核CPU上进行了高效的并行化处理，充分利用了硬件性能。在本案例中，仿真是在普通的四核CPU上进行的。

因此，每个频点的仿真时间非常短，考虑到仿真的宽频带，总体仿真时间也很低。仿真可以使用普通的电脑进行，无需任何昂贵的硬件配置。