CN104953281A - 一种频率可调的介质谐振器天线 - Google Patents

Abstract

一种频率可调的介质谐振器天线，属于频率可调天线技术领域。包括介质谐振器(1)、金属底座(2)、矩形通孔(3)、金属波导(4)、同轴传输线(5)、金属滑块(6)、绝缘连杆(7)和直线伸缩驱动单元(8)。本发明采用可调缝隙结构实现的频率可调介质谐振器天线，结构简单易于实现，且辐射特性稳定。相比其它方式实现的频率可调介质谐振器天线，本发明的天线谐振频率调谐范围宽，辐射效率高，所有调谐机构均放置于天线辐射的阴影区内，对天线辐射特性影响小，方向图在可调范围内畸变小，同时具有较高的增益。

Description

一种频率可调的介质谐振器天线

技术领域

本发明属于频率可调天线技术领域，特别涉及一种频率可调的介质谐振器天线。

背景技术

天线是无线通讯设备的前端，负责无线信号的收发。在无线电技术高度发展的今天，无线电频谱资源几近枯竭，各公共通信信道内拥挤不堪、信道干扰加剧。认知无线电技术可以有效解决这一问题，但认知无线电技术需要工作频率可自由调谐的天线来感知频谱环境，进而更高效地利用频谱资源。频率可自由调谐的天线，简称频率可调天线，即通过天线的可重构性，如依靠电、机械或其它方式改变天线的谐振状态，进而实现天线在不同工作频率之间切换或连续可调。

介质谐振器天线因其可以采用较高介电常数材料，减小天线尺寸；有多种馈电机制，包括缝隙耦合馈电、微带线馈电、同轴探针馈电、共面波导馈电等等，馈电简单，适用于平面集成；通过适当地选择天线结构几何参数、介电常数和馈电点位置，可以获得宽频带效应；天线的每种辐射模式都有特定的内部场和相应的外部场分布，通过激励不同的模式可以获得不同的辐射方向图；不存在导体损耗和表面波损耗，其辐射效率很高(可达95％以上)；所以在无线通讯领域具有广阔的应用前景。

现有技术实现的频率可调介质谐振器天线，多是通过可调电容、高频开关管或MEMS开关等附加结构实现，由于引入的上述外部结构均具有一定的电损耗，所以使用这些附加结构实现的频率可调介质谐振器天线的辐射效率和增益特性均较差，且天线频率可调范围较窄，不能满足认知无线电技术对天线工作频率在较宽的范围内可调且具有有效辐射的技术要求。

发明内容

本发明的目的是为了实现频率可调的介质谐振器天线，以满足新一代无线通信系统及认知无线电技术对天线频率可重构的需求。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种频率可调的介质谐振器天线，包括介质谐振器1、金属底座2、金属波导4、同轴传输线5，其特征在于：

其还具有金属滑块6、绝缘连杆7和直线伸缩驱动单元8；

所述金属底座2的中心处开有矩形通孔3，介质谐振器1固定在金属底座2上表面的矩形通孔3的正上方开口处；

所述金属波导4具有横截面为矩形的内腔，与所述矩形通孔3下开口处相连，两者开口对齐且横截面尺寸相同；

所述金属波导4的内腔中置有金属滑块6，金属滑块6与金属波导4内腔、矩形通孔3横截面尺寸相适应，能在矩形通孔3和金属波导4内腔中滑动；金属滑块6的长度略大于矩形通孔3深度和金属波导4内腔深度的总和，以保证金属滑块6的一端与金属底座2上表面齐平时，金属滑块6的另一端由金属波导4内腔的下端面伸出；

所述金属滑块6的下端面通过绝缘连杆7与直线伸缩驱动单元8相连，由直线伸缩驱动单元8驱动金属滑块6在金属波导4和矩形通孔3组成的空腔中滑动；

同轴传输线5从金属底座2底面穿过与介质谐振器1电气相连。

本发明采用深度可调的缝隙实现介质谐振器天线的工作频率可调。介质谐振器的工作模式为基模，金属底座2的表面感应电流主要集中在介质谐振器1的下方(也即金属底座2上表面的中心处)，表面感应电流的方向与所开矩形通孔3的长边方向垂直，矩形通孔3切割表面感应电流，使表面感应电流沿缝隙的内侧壁流经矩形通孔的两个宽边内壁和金属滑块的上端面，表面感应电流路径被延长，进而使介质谐振器1的谐振频率降低。金属滑块6上端面与其上部的通孔构成深度可调的金属接地缝隙，通过金属滑块6的上下移动可以改变缝隙的深度，实现表面感应电流路径长度的改变，从而实现介质谐振器天线谐振频率的可控调谐。

进一步的，所述介质谐振器1的形状可以但不限于是长方体、圆柱体、半球。

进一步的，所述介质谐振器1的基体材料的相对介电常数为4-60，可以但不限于是有机高分子材料、微波介质陶瓷材料或者前两者的复合材料。

进一步的，所述金属底座2上的矩形通孔3和相应的金属波导4内腔及金属滑块6的横截面形状可以但不限于是矩形、蝴蝶结形或H形，三者开口对齐且横截面形状尺寸相同，矩形通孔3需经过金属底座2表面感应电流的最大处。

进一步的，所述金属底座2上开有馈线孔，同轴传输线5通过馈线孔与介质谐振器1电气相连。

本发明采用可调缝隙结构实现的频率可调介质谐振器天线，结构简单易于实现，且辐射特性稳定。相比其它方式实现的频率可调介质谐振器天线，本发明的天线谐振频率调谐范围宽，辐射效率高，所有调谐机构均放置于天线辐射的阴影区内，对天线辐射特性影响小，方向图在可调范围内畸变小，同时具有较高的增益。

附图说明

图1是本发明提供的频率可调介质谐振器天线的结构三维示意图。

图2是本发明提供的频率可调介质谐振器天线的结构俯视图。

图3是本发明提供的频率可调介质谐振器天线的结构截面图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种频率可调的介质谐振器天线，包括天线金属底座2、位于金属底座2上表面中心的介质谐振器1、位于金属底座2中心的矩形通孔3、金属波导4、同轴传输线5、金属滑块6、绝缘连杆7和直线伸缩驱动单元8。金属底座2的中心处开矩形通孔3，矩形通孔3在金属底座2中上下贯通，下端与矩形金属波导4内腔相连，金属波导4的内腔横截面与矩形通孔3的横截面尺寸相同。与矩形通孔3横截面相同尺寸的金属滑块6置于金属波导4的内腔中，保证金属滑块6可以在矩形通孔3和金属波导4内腔中自由滑动。金属滑块6的长度略大于矩形通孔3深度和金属波导4内腔深度的总和，以保证金属滑块6的一端与金属底座2上表面齐平时，金属滑块6的另一端可由金属波导4内腔的下端面伸出。金属滑块6的下端面与绝缘连杆7的一端相连，绝缘连杆7的另一端与直线伸缩驱动单元8相连。同轴传输线5穿过金属底座2与矩形介质谐振器1电气相连。同轴传输线5为信号输入输出端。

作为一个实例，频率可调介质谐振器天线被设计、加工、测试。选用的介质谐振器介电常数为12.5，长×宽×高为10mm×10mm×5mm，金属底座边长100mm，矩形通孔的长×宽为30mm×4mm。测试结果表明，当金属滑块的移动使矩形缝隙的深度在0-10mm范围内变化时，介质谐振器天线的频率调谐范围可以覆盖3.7GHz-6.7GHz，回波损耗值均小于-10dB，增益均大于5dBi。

当然，此频率可调介质谐振器天线的介质谐振器的形状可以为任意形状，根据天线方向图要求确定；介质谐振器的材料选择包括有机高分子材料、微波介质陶瓷材料或者前两者的复合材料，材料相对介电常数一般为4-60；天线所需的工作频率可调范围可通过改变介质谐振器的形状参数、结构参数、材料特性参数、缝隙的形状与结构参数和金属滑块的伸缩范围实现；金属底座上所开通孔的横截面形状根据实际需要可以选长矩形、蝴蝶结形或H形等，但所开通孔需经过金属底座表面感应电流的最大处。

Claims (5)

1.一种频率可调的介质谐振器天线，包括介质谐振器(1)、金属底座(2)、金属波导(4)、同轴传输线(5)，其特征在于：

其还具有金属滑块(6)、绝缘连杆(7)和直线伸缩驱动单元(8)；

所述金属底座(2)的中心处开有矩形通孔(3)，介质谐振器(1)固定在金属底座(2)上表面的矩形通孔(3)的正上方开口处；

所述金属波导(4)具有横截面为矩形的内腔，与所述矩形通孔(3)下开口处相连，两者开口对齐且横截面尺寸相同；

所述金属波导(4)的内腔中置有金属滑块(6)，金属滑块(6)与金属波导(4)内腔、矩形通孔(3)横截面尺寸相适应，能在矩形通孔(3)和金属波导(4)内腔中滑动；金属滑块(6)的长度略大于矩形通孔(3)深度和金属波导(4)内腔深度的总和，以保证金属滑块(6)的一端与金属底座(2)上表面齐平时，金属滑块(6)的另一端由金属波导(4)内腔的下端面伸出；

所述金属滑块(6)的下端面通过绝缘连杆(7)与直线伸缩驱动单元(8)相连，由直线伸缩驱动单元(8)驱动金属滑块(6)在金属波导(4)和矩形通孔(3)组成的空腔中滑动；

同轴传输线(5)从金属底座(2)底面穿过与介质谐振器(1)电气相连。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于所述介质谐振器(1)的形状可以但不限于是长方体、圆柱体、半球。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于所述介质谐振器(1)的基体材料的相对介电常数为4-60，可以但不限于是有机高分子材料、微波介质陶瓷材料或者前两者的复合材料。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于金属底座(2)上的矩形通孔(3)和相应的金属波导(4)内腔及金属滑块(6)的横截面形状可以但不限于是矩形、蝴蝶结形或H形，三者开口对齐且横截面形状尺寸相同，矩形通孔(3)需经过金属底座(2)表面感应电流的最大处。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于金属底座(2)上开有馈线孔，同轴传输线(5)通过馈线孔与介质谐振器(1)电气相连。