CN109149084A - 一种宽带低剖面介质谐振天线、无线通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于天线技术领域，公开了一种宽带低剖面介质谐振天线、无线通信系统，在辐射介质器采用圆柱介质器顶部加载圆盘介质器，圆盘介质器下加载一圆环介质器并与金属接地板接触闭合，形成圆环形空气腔，从而在原有的俩个谐振模式间产生一个新的谐振模式，进而达到宽带特性。采用在介质板底面印制金属辐射片，对金属贴片馈电后，再由探针馈电至辐射介质器。调节金属贴片长度，使得天线阻抗匹配达到宽带特性。本发明的介质谐振天线实现了宽频带特性，并且实现了低剖面的天线，有效的缩小了天线的体积。

Description

一种宽带低剖面介质谐振天线、无线通信系统
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种宽带低剖面介质谐振天线、无线通信系统。
背景技术
目前，业内常用的现有技术是这样的：由于具有小型化、高辐射效率、低损耗及易于馈电等特点，介质谐振天线受到了广泛的关注。随着现代通信系统的发展，对天线的宽带和小型化需求日益增高。因此，对宽带低剖面介质谐振天线的研究具有实际意义。目前，国内外对介质谐振天线展宽带宽的方法主要有采用新颖结构的介质谐振器、优化馈电机制、采用混合天线结构和添加寄生元。现有技术一采用倒置“碗”状的介质谐振器以实现天线的宽带特性，天线的带宽为83％，但是在这个设计中，天线的形状不易加工，误差较大，同时天线的剖面为0.18λ0(λ0为自由空间中天线中心频率的波长)。现有技术二采用L型的馈电结构对圆环形介质谐振器馈电，实现了天线的宽带特性，天线的剖面达到了0.25λ0。上述的俩种天线虽然达到宽带特性，但是天线的剖面都较高，阻碍了天线在某些设备上的应用。因此，本发明的宽带且保持着低剖面天线，具有较大的实用意义。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有天线实现宽带特性的同时天线剖面较高，使天线的尺寸较大，阻碍了天线在移动通信设备上的应用。
解决上述技术问题的难度和意义：天线实现宽频带特性的同时保持着低剖面特性。在民用通信中，各种便携式电台及日益普及的手机等要求天线不断的小型化，且通信信道不断扩充。因此对天线低剖面、宽频带小型化的研究对于通信系统的发展具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种宽带低剖面介质谐振天线、无线通信系统。
本发明是这样实现的，一种宽带低剖面介质谐振天线，所述宽带低剖面介质谐振天线设置有：
辐射介质器；
辐射介质器由圆柱形辐射介质器顶部加载圆盘辐射介质器，圆盘辐射介质器下部加载圆环形介质器延伸至金属接地板接触闭合；
同轴探针穿过介质板和金属接地板深入到辐射介质器内部；
金属辐射贴片印制在介质板底面，同轴探针底部与金属辐射贴片相接触。
进一步，所述辐射介质器的中心与金属接地板和介质板的中心在垂直方向上重合。
进一步，圆形的金属接地板的半径为50mm。
进一步，所述辐射介质器中的圆柱形介质器半径为13mm，圆环形介质器厚度为0.8mm，外半径为20mm，圆盘介质器厚度为1.2mm，半径为20mm，选择适当的尺寸使天线的阻抗匹配性能更好。
进一步，所述辐射介质器外部整体尺寸为半径20mm，高度为11mm，介质器的介电常数为16。
进一步，所述介质板的半径50mm，厚度为0.8mm，介电常数为2.2，与地面金属接地板相接合。
进一步，所述同轴探针半径为0.5mm，且深入辐射介质器的长度为5mm，调节馈针长度可以调节馈入能量大小。
进一步，所述印制在介质板底面的金属辐射贴片呈凸字型，分为第一矩形贴片与第二矩形贴片，其中第一矩形贴片与同轴探针底部相接触，水平方向上距离第一矩形贴片的最左侧距离为L1，距离第二矩形贴片距离为L2，调节L1与L2调节天线阻抗匹配特性。
进一步，所述第二矩形贴片为50Ω微带馈线。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述宽带低剖面介质谐振天线的无线通信系统。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：在辐射介质器采用圆柱介质器顶部加载圆盘介质器，圆盘介质器下加载一圆环介质器并与金属接地板接触闭合，形成圆环形空气腔，从而在原有的俩个谐振模式间产生一个新的谐振模式，进而达到宽带特性。采用在介质板底面印制金属辐射片，对金属贴片馈电后，再由探针馈电至辐射介质器。调节金属贴片长度，使得天线阻抗匹配达到宽带特性。本发明的介质谐振天线实现了宽频带特性，带宽62.8％，并且实现了低剖面的天线，剖面为0.16λ0，有效的缩小了天线的体积。对比现有其他现有天线参数如下表所示，本发明的剖面和带宽都达到较好的性能。
带宽 剖面(高度/λ<sub>0</sub>)
现有天线一 38％ 0.175
现有天线二 56％ 0.174
现有天线三 18％ 0.2
本设计天线 62.8％ 0.16
附图说明
图1是本发明实施例提供的宽带低剖面介质谐振天线结构示意图；
图2是本发明实施例提供的A-A＇截面图；
图3是本发明实施例提供的介质板、金属辐射贴片的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的回波损耗曲线图；
图5是本发明实施例提供的E面和H面辐射方向图；
图6是本发明实施例提供的在工作频带内增益曲线图；
图中：1、金属接地板；2、辐射介质器；3、介质板；4、金属辐射贴片；4-1、第一矩形贴片；4-2、第二矩形贴片；5、同轴探针。
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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明旨在解决现有的天线的剖面较高，阻碍了天线在某些设备上的应用的不足，提出了一种宽带低剖面介质谐振天线；辐射介质器由圆柱形介质器顶部加载一圆盘介质器，圆盘介质器下加载一圆环形介质器组成，圆环形介质器与金属接地板接触，在辐射介质器内形成一圆环形空气腔，以激励起新的谐振模式，达到增加天线带宽的效果；实现宽带且保持着低剖面特性的天线。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的宽带低剖面介质谐振天线包括：金属接地板1、辐射介质器2、介质板3、金属辐射贴片4、同轴探针5。
辐射介质器2由圆柱形辐射介质器23顶部加载圆盘辐射介质器21，圆盘辐射介质器下部加载圆环形介质器22延伸至金属接地板1接触闭合；同轴探针5穿过介质板3和金属接地板1深入到辐射介质器2内部；金属辐射贴片4印制在介质板3底面，同轴探针5底部与金属辐射贴片4相接触。
如图2所示，辐射介质器2的中心与金属接地板1和介质板3的中心在垂直方向上重合；圆形的金属接地板1的半径为50mm。辐射介质器2中的圆柱形介质器23半径为13mm，圆环形介质器22厚度为0.8mm，外半径为20mm，圆盘介质器21厚度为1.2mm，半径为20mm，辐射介质器2外部整体尺寸为半径20mm，高度为11mm，介质器3的介电常数为16；由于辐射介质器2与金属接地板1闭合形成的空气腔，在原有的俩个谐振模式之间引起一个新的谐振模式，实现天线的宽带工作。
在本发明的优选实施例中，介质板3的尺寸为半径50mm，厚度为0.8mm，介电常数为2.2。
在本发明的优选实施例中，同轴探针5半径为0.5mm，且深入辐射介质器2的长度为5mm。
如图3所示，印制在介质板3底面的金属辐射贴片4呈凸字型，分为第一矩形贴片4-1与第二矩形贴片4-2，其中第一矩形贴片4-1与同轴探针5底部相接触，水平方向上距离第一矩形贴片4-1的最左侧距离为L1，距离第二矩形贴片4-2距离为L2，调节L1与L2调节天线阻抗匹配特性，第二矩形贴片4-2为50Ω微带馈线。
下面结合仿真对本发明的应用效果做详细的描述。
如图4所示，本发明实施例的阻抗带宽软件仿真结果，由图4可见，天线在频带内存在四个谐振点，天线阻抗带宽范围为3GHz-5.74GHz，相对带宽为63％，因此天线具有较宽的带宽。
如图5所示，为本发明实施例天线四个谐振点的E面和H面辐射方向图，其中图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)分别表示谐振点频率为3.64GHz、4.5GHz、4.77GHz和5.38GHz时的E面和H面天线增益随角度变化的函数曲线，在上述四个频点的两个观察平面内，天线增益方向图分布较为稳定，工作性能稳定。
如图6所示，为本发明实施例天线的增益曲线图，图中横坐标表示频率，纵坐标表示天线增益，可见，天线在这个工作频带内增益分布较为平稳，天线增益仿真结果在2.81dBi-5dBi之间。
综上所述，本发明提出的低剖面宽带介质谐振天线能基于较简单的结构，实现宽带特性，同时保持着0.16λ的低剖面特性，λ表示宽带低剖面介质谐振天线工作频段的中心频率波长。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述宽带低剖面介质谐振天线设置有：
辐射介质器；
辐射介质器由圆柱形辐射介质器顶部加载圆盘辐射介质器，圆盘辐射介质器下部加载圆环形介质器延伸至金属接地板接触闭合；
同轴探针穿过介质板和金属接地板深入到辐射介质器内部；
金属辐射贴片印制在介质板底面，同轴探针底部与金属辐射贴片相接触。
2.如权利要求1所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述辐射介质器的中心与金属接地板和介质板的中心在垂直方向上重合。
3.如权利要求1所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，圆形的金属接地板的半径为50mm。
4.如权利要求1所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述辐射介质器中的圆柱形介质器半径为13mm，圆环形介质器厚度为0.8mm，外半径为20mm，圆盘介质器厚度为1.2mm，半径为20mm。
5.如权利要求1所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述辐射介质器外部整体尺寸为半径20mm，高度为11mm，介质器的介电常数为16。
6.如权利要求1所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述介质板的半径50mm，厚度为0.8mm，介电常数为2.2。
7.如权利要求1所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述同轴探针半径为0.5mm，且深入辐射介质器的长度为5mm。
8.如权利要求1所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述印制在介质板底面的金属辐射贴片呈凸字型，分为第一矩形贴片与第二矩形贴片，其中第一矩形贴片与同轴探针底部相接触，水平方向上距离第一矩形贴片的最左侧距离为L1，距离第二矩形贴片距离为L2，调节L1与L2调节天线阻抗匹配特性。
9.如权利要求8所述的宽带低剖面介质谐振天线，其特征在于，所述第二矩形贴片为50Ω微带馈线。
10.一种应用权利要求1～9任意一项所述宽带低剖面介质谐振天线的无线通信系统。
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