CN108808264B - 一种介质谐振器天线及基站 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种介质谐振器天线及基站，该介质谐振器天线包括：天线本体，所述天线本体包括：介质谐振器和介质基板，所述介质谐振器设置于所述介质基板上表面；超材料面板，所述超材料面板设置于所述介质谐振器的正上方，所述超材料面板成至少覆盖所述介质基板的阵列，所述超材料面板的上表面和下表面均设置有若干个十字型铜片结构。这样，通过在所述天线本体的基础上加载所述超材料面板，使得所述介质谐振器天线可以同时具备高增益和高带宽的特性。

Description

一种介质谐振器天线及基站
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种介质谐振器天线及基站。
背景技术
天线，主要具有定向辐射和能量转换两个功能，在无线通信系统中，辐射和接收电磁波都是通过天线来完成的，因此天线在无线通信中有着举足轻重的地位。随着现代无线通信技术的不断发展，人们对天线的性能与标准也提出了更高的要求。目前，介质谐振器天线具有诸如介电常数的选择范围大、形状多样化、性能稳定、便于馈电、馈电方式简单及多样化和辐射效率高等优点而得到广泛的研究和关注。现可以采取某些提高介质谐振器天线增益的方式来提高现有介质谐振器天线一定的增益，却不能在提高增益的同时也提高带宽。
由此，现有的介质谐振器天线难以同时具备高增益和高带宽的特性。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种介质谐振器天线及基站，解决了现有的介质谐振器天线难以同时具备高增益和高带宽的特性的问题。
为了达到上述目的，本发明实施例提供一种介质谐振器天线，包括：
天线本体，所述天线本体包括：介质谐振器和介质基板，所述介质谐振器设置于所述介质基板上表面；
超材料面板，所述超材料面板设置于所述介质谐振器的正上方，所述超材料面板成至少覆盖所述介质基板的阵列，所述超材料面板的上表面和下表面均设置有若干个十字型铜片结构。
进一步的，所述十字型铜片结构包括两个枝节，所述两个枝节相互正交。
进一步的，所述天线本体还包括：
馈电网络，所述馈电网络包括馈电端口和馈电枝节，所述馈电网络设置于所述介质基板下表面，所述馈电网络通过馈电枝节和所述介质谐振器连接，所述馈电枝节和所述馈电端口的一端连接，所述馈电端口设置于所述介质基板一侧。
进一步的，所述介质谐振器包括：第一介质谐振器和第二介质谐振器；所述馈电枝节包括：第一馈电枝节和第二馈电枝节；所述第一馈电枝节和所述第一介质谐振器连接，所述第二馈电枝节和所述第二介质谐振器连接。
进一步的，所述介质基板开设有分别与所述第一介质谐振器和所述第二介质谐振器对应的两个尺寸相同的矩形缝隙。
进一步的，所述介质基板的上表面设置有接地板。
进一步的，所述十字型铜片结构的设置方式为蚀刻。
进一步的，所述介质谐振器的形状为矩形。
本发明实施例还提供一种基站，包括上述的任意一种介质谐振器天线。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
通过在所述介质谐振器的正上方设置所述超材料面板后，所述超材料面板对所述介质谐振器能产生耦合作用，从而拓展了所述介质谐振器天线的带宽；同时，通过调节设置在所述超材料面板上的所述十字形铜片结构的角度到合适的角度，使得所述超材料面板能够实现折射率为零的电磁特性，并且让所述超材料面板成至少覆盖所述介质基板，对电磁波具有汇聚作用，从而提高了天线的增益；这样，可以在提高所述介质谐振器天线增益的同时也提拓展了带宽，从而使得所述介质谐振器天线可以同时具备高增益和高带宽的特性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种介质谐振器天线的结构图；
图2为本发明实施例提供的天线本体的结构图；
图3为本发明实施例提供的超材料面板的局部结构图；
图4为本发明实施例涉及的零折射超材料对天线回波损耗影响图；
图5为为本发明实施例涉及的超材料面板的相对介电常数和相对磁导率的实部与虚部曲线；
图6为本发明实施例涉及的超材料面板的的等效折射率实部与虚部曲线图；
图7为本发明实施例涉及的加载零折射超材料前后天线E面的方向图；
图8为本发明实施例涉及的加载零折射超材料前后天线H面的方向图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种介质谐振器天线，包括：
天线本体10，所述天线本体包括：介质谐振器11和介质基板12，所述介质谐振器11设置于所述介质基板12上表面；
超材料面板20，所述超材料面板20设置于所述介质谐振器的正上方，所述超材料面板20成至少覆盖所述介质基板12的阵列，所述超材料面板20的上表面和下表面均设置有若干个十字型铜片结构21。
本发明实施例中，首先需要说明的是，所述介质谐振器11因为没有导体和表面波损耗，而自身介质损耗又小，因此利用所述介质谐振器11作为辐射源，具有辐射效率很高的优点；所述介质基板12具有导电、绝缘和支撑三个方面的功能；图4为本发明实施例涉及的零折射超材料对天线回波损耗影响图，由图4可以对比出在加载零折射超材料前后天线的回波损耗，可以看出普通的介质谐振器天线的阻抗带宽(S11≤-10dB)为9.58～10.56GHz，而在加载零折射超材料后天线的阻抗带宽为9.45～10.78GHz，带宽提高了约35.7％；因此通过在所述介质谐振器11的正上方设置所述超材料面板20后，所述超材料面板20对所述介质谐振器11能产生耦合作用，从而拓展了所述介质谐振器天线11的带宽；该实施例可以通过各种不同的馈电方式为所述介质谐振器11馈电，从而可以提高设计的灵活性；图5为本发明实施例涉及的超材料面板的相对介电常数和相对磁导率的实部与虚部曲线图，图6为本发明实施例涉及的超材料面板的的等效折射率实部与虚部曲线图，如图5和图6所示，在频率范围为9.7～11GHz内所述超材料面板折射率20的实部曲线趋近于零，因此，通过调节设置在所述超材料面板20上的所述十字形铜片结构21的角度到合适的角度，使得所述超材料面板20能够实现折射率为零的电磁特性，并且让所述超材料面板20成至少覆盖所述介质基板23的阵列，再加上零折射率的电磁特性对电磁波具有汇聚作用，故利用对电磁波的汇聚作用可以提高增益；此外，如下表所示：
Figure BDA0001283220610000041
该表格提供了在10.1GHz处天线性能对比的具体数据，需要说明的是，所述E面为图1中的XOZ平面，所述H面为图1中的YOZ平面，从表中可以看出，与没加载超材料的介质谐振器天线相比，零折射介质谐振器天线的E面半功率波束宽度从90度减小到35度，减小了约百分之六十一，天线的H面半功率波束宽度从56度减小到38度，减小了约百分之三十二，而天线增益提高了3.56dB；再例如，图7为本发明实施例涉及的加载零折射超材料前后天线E面的方向图，图8为本发明实施例涉及的加载零折射超材料前后天线H面的方向图，从两幅图中可以看出，在加载超材料后介质谐振器天线在中心频率10.1GHz处的E面和H面方向的波束宽度显著减小，增益有较大提升；因此，通过设置所述超材料面板20可以显著提高增益；另外，还可以通过对所述十字形铜片结构21的长度和旋转角度进行调节实现不同的搭配或组合，使得所述超材料面板20可以达到移动零折射频率范围；这样，可以在提高所述介质谐振器天线增益的同时也提拓展了带宽，最终使得所述介质谐振器天线可以同时具备高增益和高带宽的特性。
可选的，如图3所示，所述十字型铜片结构21包括两个枝节210，所述两个枝节210相互正交。
本实施例中，所述十字形铜片的两个枝节210相互正交时可以很好的提高所述超材料面板2的性能，比如可以很有效的提升其电磁特性，当然所述两个枝节也可以是相交，相对其他情形而言，在正交的情况下可以更方便和更好的调节角度，从而提高性能；通过调节所述枝节210的角度到合适的角度可以使得超材料面板实现零折射率的电磁特性，比如：调整所述超材料面板的上表面的所述十字型铜片结构21的枝节210至如图中角度θ处，所述角度θ为35度，调整所述超材料面板的下表面的所述十字型铜片结构21的枝节210至如图中角度
Figure BDA0001283220610000051
处，所述角度
Figure BDA0001283220610000052
为15度，实现零折射率的电磁特性。
可选的，如图1和图2所示，所述天线本体10还包括：馈电网络13，所述馈电网络包括馈电端口131和馈电枝节132，所述馈电网络13设置于所述介质基板12下表面，所述馈电网络13通过馈电枝节132和所述介质谐振器11连接，所述馈电枝节132和所述馈电端口131的一端连接，所述馈电端口131设置于所述介质基板12一侧。
本实施例中，通过所述馈电网络13为所述介质谐振器11进行馈电，可以实现阻抗匹配、幅度相位控制、谐波抑制等功能，此外，还能够提高所述介质谐振器11的辐射效率，还可以根据需要采取不同的馈电方式为所述介质谐振器11馈电，从而可以提高实施此技术手段的灵活性。
可选的，如图1和图2所示，所述介质谐振器11包括：第一介质谐振器111和第二介质谐振器112；所述馈电枝节132包括：第一馈电枝节1321和第二馈电枝节1322；所述第一馈电枝节1321和所述第一介质谐振器111连接，所述第二馈电枝节1322和所述第二介质谐振器112连接。
本实施例中，通过设置两个介质谐振器和两个馈电枝节，使所述馈电网络13可以通过所述两个馈电枝节对所述两个介质谐振器进行耦合馈电，通过耦合馈电，可以更方便的调节输入阻抗，还可以扩展天线带宽。
可选的，如图1和图2所示，所述介质基板12开设有分别与所述第一介质谐振器111和所述第二介质谐振器112对应的两个尺寸相同的矩形缝隙14。
本实施例中，通过在所述介质基板开设有分别与所述第一介质谐振器111和所述第二介质谐振器112对应的两个尺寸相同的矩形缝隙14，可以使得所述馈电网络13对所述两个介质谐振器进行缝隙耦合馈电，而通过缝隙耦合馈电不仅可以更好的拓展天线的带宽，还可以提高馈电的效率。
可选的，如图1所示，所述介质基板的上表面设置有接地板15。
本实施例中，所述接地板15主要用于反射电磁波，这样可以更好的提高天线对电磁波的汇聚作用。
可选的，所述十字型铜片结构21的设置方式为蚀刻。
本实施例中，还可以采取其他设置方式，而蚀刻(etching)是将材料使用化学反应或物理撞击作用而移除的技术，采取蚀刻作为优选方式具有成本低、高产能及高可靠性的优势，此外还不会造成污染，有利于环保。
可选的，如图1和图2所示，所述介质谐振器11的形状为矩形。
本实施例中，所述介质谐振器11的形状也可以为其他形状，但是采用矩形的话可以更有效的提高所述介质谐振器的的辐射效率。
本发明实施例还提供一种基站，包括上述的任意一种介质谐振器天线。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种介质谐振器天线，其特征在于，包括：
天线本体，所述天线本体包括，介质谐振器和介质基板，所述介质谐振器设置于所述介质基板上表面；
超材料面板，所述超材料面板设置于所述介质谐振器的正上方，所述超材料面板成至少覆盖所述介质基板的阵列，所述超材料面板的上表面和下表面均设置有若干个十字型铜片结构，其中，所述上表面的十字型铜片结构和所述下表面的十字型铜片结构之间呈夹角设置。
2.根据权利要求1所述的介质谐振器天线，其特征在于，所述十字型铜片结构包括两个枝节，所述两个枝节相互正交。
3.根据权利要求2所述的介质谐振器天线，其特征在于，所述天线本体还包括：
馈电网络，所述馈电网络包括馈电端口和馈电枝节，所述馈电网络设置于所述介质基板下表面，所述馈电网络通过馈电枝节和所述介质谐振器连接，所述馈电枝节和所述馈电端口的一端连接，所述馈电端口设置于所述介质基板一侧。
4.根据权利要求3所述的介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器包括：第一介质谐振器和第二介质谐振器；所述馈电枝节包括：第一馈电枝节和第二馈电枝节；所述第一馈电枝节和所述第一介质谐振器连接，所述第二馈电枝节和所述第二介质谐振器连接。
5.根据权利要求4所述的介质谐振器天线，其特征在于，所述介质基板开设有分别与所述第一介质谐振器和所述第二介质谐振器对应的两个尺寸相同的矩形缝隙。
6.根据权利要求1-5任一项所述的介质谐振器天线，其特征在于，所述介质基板的上表面设置有接地板。
7.根据权利要求6所述的介质谐振器天线，其特征在于，所述十字型铜片结构的设置方式为蚀刻。
8.根据权利要求7所述的介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器的形状为矩形。
9.一种基站，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的介质谐振器天线。
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