CN110061346A - 介质谐振器天线 - Google Patents

介质谐振器天线 Download PDF

Info

Publication number
CN110061346A
CN110061346A CN201810782272.XA CN201810782272A CN110061346A CN 110061346 A CN110061346 A CN 110061346A CN 201810782272 A CN201810782272 A CN 201810782272A CN 110061346 A CN110061346 A CN 110061346A
Authority
CN
China
Prior art keywords
medium
antenna
antenna according
resonator antenna
medium resonator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810782272.XA
Other languages
English (en)
Inventor
梁国华
郭磊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
City University of Hong Kong CityU
Original Assignee
City University of Hong Kong CityU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by City University of Hong Kong CityU filed Critical City University of Hong Kong CityU
Publication of CN110061346A publication Critical patent/CN110061346A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas
    • H01Q9/0492—Dielectric resonator antennas circularly polarised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

一种介质谐振器天线,具有介质基板和介质谐振器元件，介质基板具有接地平面，介质谐振器元件布置在接地平面上。所述介质谐振器天线进一步包括导电馈电组件和辐射布置，导电馈电组件可操作以激励介质谐振器元件的一个或多个介质谐振器模式以产生第一圆极化电磁场；辐射布置可操作以产生与所述第一圆极化电磁场互补的第二圆极化电磁场。所述第一和第二圆极化电磁场在组合时被布置成提供单侧向圆极化电磁场。

Description

介质谐振器天线
技术领域
本发明涉及一种介质谐振器天线，并且具体地但非排除性地涉及一种具有相当紧凑结构的单侧向圆极化介质谐振器天线。
背景技术
单向天线由于其在所需方向上有限制或集中辐射的能力而被广泛研究。常规地，互补天线已被用于获取单向辐射图案。
单向辐射图案可以大致分为两种类型：垂直辐射和侧向辐射。对于垂直辐射，磁电偶极子已被用于各种应用，包括宽带、低剖面、分集、双波段、圆极化和可重构应用。另一方面，对于侧向辐射，已经使用了具有背腔的缝隙-单极子组合的结构。
在一些应用中，侧向辐射可能更优选于垂直辐射。例如，对于布置成贴靠在墙上的家用无线路由器，单侧向辐射图案是更优选的，因为墙内的背辐射(如果有的话)将被浪费。然而，问题在于，现有的用于侧向辐射结构需要使用腔体和较大的接地面，因此体积相当大。
需要一种单向天线，特别是产生侧向辐射图案的单向天线，该单侧向天线结构紧凑，易于制造且操作高效，适用于现代无线通信系统。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种介质谐振器天线，介质谐振器天线包括介质基板，具有接地面；介质谐振器元件，布置在接地平面上；导电馈电组件，可操作以激励介质谐振器元件的一个或多个介质谐振器模式以产生第一圆极化电磁场；以及辐射布置，可操作以产生与所述第一圆极化电磁场互补的第二圆极化电磁场；其中所述第一和第二圆极化电磁场在组合时被布置成提供单侧向圆极化电磁场。
优选地，所述馈电组件可操作以至少激励所述介质谐振器元件的第一介质谐振器模式和所述介质谐振器元件的第二介质谐振器模式。
优选地，第一介质谐振器模式是TE01δ+1模式；第二介质谐振器模式是TM01δ模式。
优选地，所述馈电组件包括：馈电网络，其被布置为激励所述介质谐振器元件的第一介质谐振器模式；及馈电探针，其被设置为激励所述介质谐振器元件的第二介质谐振器模式。
优选地，所述馈电组件还包括：微带馈电线，其被布置成与所述馈电探针连接。
优选地，所述馈电网络被布置在具有所述接地平面的所述介质基板的一侧上，并且所述微带馈电线被布置在所述介质基板的相对侧上。
优选地，所述馈电网络包括天线。
优选地，所述天线是大体平面的。
优选地，所述天线包括：中心导电部分；多个导电短截线部分，从中心导电部分径向延伸的；以及多个导电弧部分，每个导电弧部分从相应的导电短截线部分沿周向延伸。
在一个示例中，天线包括彼此成角度地间隔开的四个导电柱部分。导电短截线部分优选等距分开。
优选地，所述馈电探针包括圆柱形探针、圆锥形探针、倒锥形探针、阶梯式圆柱形探针和平面微带折叠单极子中的任何一种。
优选地，所述馈电探针至少部分地布置在限定在所述介质谐振器元件中的腔室中。所述馈电探针可以延伸穿过基板以与微带线连接。
优选地，所述腔室限定圆柱形空间并且所述馈电探针具有圆柱形主体。所述圆柱形空间和所述圆柱形本体可以是同轴的。
优选地，所述辐射布置包括缝隙天线，贴片或介质谐振器元件。
优选地，所述馈电网络包括天线，所述天线具有：中心导电部分；多个导电短截线部分，从中心导电部分径向延伸的；和多个导电弧部分，每个导电弧部分从相应的导电短截线部分周向延伸；以及其中所述缝隙天线包括由所述中心导电部分形成或在所述中心导电部分内形成的缝隙。
优选地，所述缝隙是十字形的。十字的两个垂直缝隙部分优选具有不同的长度。
优选地，所述介质谐振器元件包括圆柱形主体。可以在本体中提供开口，例如通孔，用于接收馈电探针。
优选地，所述介质谐振器天线被布置成用于WLAN应用。
优选地，所述接地平面的占地面积与所述介质谐振器元件的占地面积之比在1-1.2之间。
根据本发明的第二方面，提供了一种介质谐振器天线，包括：介质谐振器元件；导电馈电组件，可操作以激励介质谐振器元件的一个或多个介质谐振器模式以产生第一圆极化电磁场；以及辐射布置，其可操作以产生与所述第一圆极化电磁场互补的第二圆极化电磁场；其中所述第一和第二圆极化电磁场在组合时被布置成提供单侧向圆极化电磁场。
根据本发明的第三方面，提供了一种介质谐振器天线阵列，其包括一个或多个第一方面的介质谐振器天线。
根据本发明的第四方面，提供了一种无线通信系统，其包括一个或多个第一方面的介质谐振器天线。
附图说明
现在将参考附图以举例的方式描述本发明的实施方式，其中：
图1A是根据本发明一个实施方式的介质谐振器天线的侧视图；
图1B是图1A的介质谐振器天线的基板上的微带馈电线的平面图；
图1C是布置在图1A的介质谐振器天线的接地平面上的馈电网络的平面图；
图2A是图1A的介质谐振器天线的第一天线布置(A型介质谐振器天线) 的示意图；
图2B是图1A的介质谐振器天线的第二天线布置(B型介质谐振器天线) 的示意图；
图3A是示出在2.34GHz，在图2A的第一天线布置中的方位角(x-y)平面中z＝H/2处的模拟电场图；
图3B是示出在2.34GHz，图2A的第一天线布置中的仰角(y-z)平面中 x＝0处的模拟磁场的图；
图3C是示出在2.49GHz，图2A的第一天线布置中的仰角(y-z)平面中 x＝0处的模拟电场的图；
图3D是示出在2.49GHz，图2A的第一天线布置中的方位角(x-y)平面中z＝0处的模拟磁场的图；
图4A是示出在2.44GHz，图2A的第一天线布置中的仰角(y-z)平面中的模拟主极化方向图的图；
图4B是示出在2.44GHz，图2A的第一天线布置中的方位角(x-y)平面中的模拟主极化方向图的图；
图5A是示出在2.44GHz，图2B的第二天线布置在仰角(y-z)平面中的模拟主极化方向图的图；
图5B是示出在2.44GHz，图2B的第二天线布置在方位角(x-y)平面中的模拟主极化方向图的图；
图6是示出本发明的一个实施方式中的A型介质谐振器天线，B型介质谐振器天线和单侧向介质谐振器天线的理想辐射图；
图6A是示出本发明的一个实施方式中的介质谐振器天线(拆卸)的照片；
图6B是示出本发明的一个实施方式中的介质谐振器天线(组装)的照片；
图7是示出针对不同频率(GHz)的图6A和图6B的介质谐振器天线(与图1中的参数相同)的模拟的和测量的反射系数(dB)的图；
图8是示出针对不同频率(GHz)的图6A和图6B的介质谐振器天线(与图1中的参数相同)的模拟的和测量的轴比(dB)的图；
图9A是示出图6A和图6B的介质谐振器天线(与图1中的参数相同)在仰角(y-z)平面中的模拟的和测量的辐射方向图的图；
图9B是示出图6A和图6B的介质谐振器天线(与图1中的参数相同)在方位角(x-y)平面中的模拟的和测量的辐射方向图的图；
图10是示出图6A和图6B的介质谐振器天线(与图1中的参数相同)在侧向(θ＝90°，φ＝270°)上的模拟的和测量的天线增益的图；
图11是示出针对不同频率(GHz)的图6A和图6B的介质谐振器天线(与图1中的参数相同的参数)的测量的天线效率的曲线图；
图12A是示出对于不同频率(GHz)的具有不同高度H(H＝19.9mm， 20.9mm和21.9mm)的图1的介质谐振器天线(其他参数相同)的模拟的反射系数(dB)的图；
图12B是示出对于不同频率(GHz)具有不同高度H(19.9mm，20.9mm 和21.9mm)的图1的介质谐振器天线(其他参数相同)的模拟轴比(dB)的曲线图；
图13A是示出对于不同频率(GHz)具有不同导电短截线宽度W1(8mm，9mm和10mm)的图1的介质谐振器天线(其他参数相同)的模拟的反射系数 (dB)的图；
图13B是示出对于不同频率(GHz)具有不同导电短截线宽度W1(8mm， 9mm和10mm)的图1的介质谐振器天线(其他参数相同)的模拟轴比(dB) 的曲线图；
图14A是示出对于不同频率(GHz)具有不同缝隙长度L1(24.6mm，25.6mm 和26.6mm)的图1的介质谐振器天线(其他参数相同)的模拟的反射系数(dB) 的图；
图14B是示出对于不同频率(GHz)具有不同缝隙长度L1(24.6mm，25.6mm 和26.6mm)的图1的介质谐振器天线(其他参数相同)的模拟的轴比(dB) 的图；以及
图15是示出针对不同缝隙长度L1的图1的介质谐振器天线(其他参数相同)的模拟的辐射方向图前后比的图。
具体实施方式
图1A至图1C示出了本发明的一个实施例中的介质谐振器天线100。介质谐振器天线100是一个圆极化的单侧向介质谐振器天线，用于提供单侧向圆极化辐射。天线100包括在一侧具有接地平面106的介质基板102和设置在接地平面106上的介质谐振器元件104。在本实施方式中，介质谐振器元件104包括圆柱形本体，圆柱形本体具有形成在本体中的贯通开口140O。通孔140O可以是大体圆柱形的，并且具有直径d0。圆柱形介质谐振器元件104具有介电常数εr，半径a和高度H。具有接地平面106的介质基板102也是圆柱形的，并具有大体圆形的横截面。如图1A所示，基板102具有介电常数εrs，厚度hs和直径Ds。优选地，接地平面106的占地面积与介质谐振器元件104的占地面积之比在1至1.2之间。
天线100还包括导电馈电组件和辐射布置114，其中导电馈电组件可操作介质谐振器元件104的一个或多个介质谐振器模式用于产生第一圆极化电磁场，辐射布置114可操作以产生与第一圆极化电磁场互补的第二圆极化电磁场。第一和第二圆极化电磁场在组合时被设置成提供单侧向圆极化电磁场。在本实施方式中，在被布置成充当天线或充当天线的一部分的单个介质谐振器元件 104中实现两组圆极化场。
在一个实施方式中，导电馈电组件包括馈电网络112，其被布置为激励介质谐振器元件104的第一介质谐振器模式，馈电探针110，其被布置为激励介质谐振器元件104的第二介质谐振器模式；以及布置成与馈电探针110连接的微带馈电线108。第一和第二介质谐振器模式可以分别是TE01δ+1模式和TM01δ模式。
在本实施方式中，馈电网络112被布置在具有接地平面106的介质基板102 的一侧。馈电网络112包括基本上为平面并且处于改进的Alford回路配置中的天线。如图1C所示，天线包括中心导电部分112C，从中心导电部分径向延伸的四个大体等角度隔开的导电短截线部分112S，以及四个导电弧部分112A，每个导电弧部分112A从相应的导电短截线部分周向延伸。中心导电部分112C 具有半径为Ra的大体圆柱形的轮廓。第一径向相对的导电短截线部分112S的形状和形式大体相同，宽度为W1(垂直于径向方向延伸)。第二径向相对的导电短截线部分的形状和形式大体相同，但它们与第一径向相对的导电短截线部分的形状和形式不同。第一径向相对的导电短截线部分的径向延伸部具有长度 l。每个导电弧部分112A以逆时针方式周向延伸，朝向且不接触相邻的导电短截线部分112S。每个导电弧部分112A包括宽度W(径向延伸)和周向跨越角度t。优选地，导电短截线部分112S的数量和导电弧部分112A的数量优选相同，但是它们可以大于或小于四。馈电网络112可以用于激励介质谐振器元件 104的TE01δ+1模式。
馈电探针110是布置在介质谐振器元件104的通孔140O中的圆柱形探针。馈电探针110还穿透基板102以与布置在基板102另一侧面上与接地平面106 相对的微带馈电线108连接。探针110具有直径d和长度h。优选地，探针110 焊接到微带馈电线108上。探针110可以用于激励介质谐振器元件104的TM01δ模式。
在本实施方式中，辐射布置114包括由中心导电部分112C形成或在中心导电部分112C内形成的缝隙天线。缝隙天线包括十字形缝隙，具有两个不同长度的垂直交叉缝隙部分。如图1C所示，具有长度L1和宽度W2的较短缝隙部分在具有宽度W1的导电柱部分之间延伸，并且具有长度L2(大于L1)和宽度W2的较长缝隙部分基本上垂直于较短缝隙部分延伸。
如图1B所示，微带馈电线108印刷在基板102的另一侧。微带馈电线108 包括一个长度为Ls1和宽度为Wf1的较大矩形部分和一个宽度为Wf的较小矩形部分。整个微带馈电线108的长度是Ls。
在一个示例中，介质谐振器元件104的介电常数εrs为10(损耗正切低于 0.002)，半径a为23.1mm，及高度H为20.9mm。基板102的介电常数εrs为 2.33，厚度hs为1.57mm，直径Ds为53mm。馈电网络112/接地平面106的半径Ra为15.5mm，长度l为8.7mm，宽度W1为9mm的，宽度W为2mm，及周向跨度角t为89°。十字形缝隙114的长度L1为25.6mm，长度L2为41.6mm，宽度W2为6.8mm。微带馈电线108的长度Ls为34mm，长度Ls1为30mm，宽度Wf为4.6mm，宽度Wf1为9mm。介质谐振器元件104的主体中的通孔140O 的直径d0为2mm。探针110的直径d为1.5mm，以及长度h为10.6mm。
为了说明图1A中的天线的工作原理，图1A中的介质谐振器天线100被分成两个天线布置，即如图2A所示的A型介质谐振器天线200A和如图2B 所示的B型介质谐振器天线200B。A型介质谐振器天线200A和B型介质谐振器天线200B中的参数与上面关于图1A-图1C所示的相同。
A型介质谐振器天线200A由W.W.Li和K.W.Leung在2013年8月的IEEE TransAntennas Propag的61卷，8号，4246-4256页的“用于方向图分集设计的具有顶部加载的Alford回路的全向圆极化介质谐振器天线”中的全向圆极化介质谐振器天线设计中进行了修改，其中Alford布置从介质谐振器元件的顶部移动到介质谐振器元件的底部。据观察，A型介质谐振器天线的模拟反射系数在2.34GHz和2.49GHz具有两个介质谐振器谐振模式。
图3A和图3B示出了在2.34GHz，第一个谐振模式下，图2A的天线布置中的方位角(x-y)平面中z＝H/2处的模拟电场和图2A中天线布置的仰角 (y-z)平面中的x＝0处的模拟磁场。如图3A和图3B所示，产生像一对等效的z向磁偶极子那样辐射的介质谐振器TE01δ+1模式。该模式的推断可以通过其谐振频率(2.34GHz)来验证，这接近于使用TE01δ+1模式频率公式计算的频率(2.37GHz)。
图3C和图3D示出了在2.49GHz，第二种谐振模式下，图2A的天线布置中的仰角(y-z)平面中x＝0处的模拟电场，和图2A中天线布置中在方位角(x-y)平面中z＝0处的模拟磁场。如图3C和图3D所示，场分布对应于像z向电偶极子一样辐射的介质谐振器TM01δ模式。使用公式计算的TM01δ模式频率为2.42GHz，这接近于模拟谐振频率(2.49GHz)。
图4A和图4B分别示出了图2A的第一天线布置在2.44GHz(频带2.4- 2.48GHz的中心频率)下，在仰角(y-z)平面中及方位角(x-y)平面中的模拟主极化方向图(归一化)。正如预期的那样，在yz-和xy-平面分别观察到图案“∞”和“O”，具有由馈电线引起的不对称。图6中在“A型介质谐振器天线方向图”栏下给出了相应的圆极化场图案的理论(理想)版本。
B型介质谐振器天线200B是一种圆极化的介质谐振器加载的缝隙天线。
图5A和图5B分别示出图2B的第二天线布置在2.44GHz(频带2.4- 2.48GHz的中心频率)下，在仰角(y-z)平面中及方位角(x-y)平面中的模拟的主极化方向图(归一化的)。如图5A和5B所示，在yz-和xy-平面分别观察到图案“O”和“∞”。图6在“B型介质谐振器天线方向图”栏下给出了相应的圆极化场图案的理论(理想)版本。
通过组合图4A至图5B中所示的两组理想化的圆极化场图案，可以获得单侧向圆极化场图案(由于分别在-y和+y方向上的相长和相消干涉)。合成的单侧向圆极化场图案显示在图6的最后一列(“单侧向方向图”)中。
图6A和图6B示出了本发明的一个实施方式中的基于图1A至图1C所示的天线100结构制造的2.4GHz WLAN频段的圆极化单侧向介质谐振器天线 600的原型。特别地，图6A示出了处于分解状态的天线600，示出了介质谐振器元件604和基板602上的接地平面606。图6B示出了处于组装状态的天线600，示出了具有将探针610焊接到其上的微带馈电线608。在这个例子中，天线600由ANSYS HFSS设计并通过使用具有εr＝10和tanδ<0.002的 ECCOSTOCKHiK介电材料制造。在这个例子中，优化的参数是H＝20.9mm, a＝23.1mm,εr＝10,hs＝1.57mm,εrs＝2.33,Ds＝53mm,Ra＝15.5mm,l＝8.7 mm,W1＝9mm,W＝2mm,t＝89°,L1＝25.6mm,L2＝41.6mm,W2＝6.8mm,Ls＝34mm,Ls1＝30mm,Wf＝4.6mm,Wf1＝9mm,d0＝2mm,d＝1.5mm,and h＝ 10.6mm.
进行模拟和实验以评估天线600的性能。在实验中，使用HP8510C网络分析仪测量反射系数，而使用Satimo Starlab系统测量辐射方向图，天线增益和天线效率。同轴电缆中加入了巴伦以抑制来自同轴电缆的杂散辐射。为了防止电流流过同轴电缆的外导体，在测量中部署了RF扼流圈。
图7显示了单侧向圆极化介质谐振器天线的模拟和测量反射系数。如图7 所示，模拟与实验中获得的测量之间存在合理的一致性。模拟和测量的最小反射系数分别为2.51GHz和2.52GHz，误差为0.4％。模拟和测量的阻抗带宽(| S11|≤-10dB)分别为(2.31-2.54GHz)的9.48％和(2.32-2.55GHz)的9.43％。
图8显示了侧向(θ＝90°，φ＝270°)的模拟和测量轴比。如图8所示，模拟和测量的最小轴比在2.44GHz和2.46GHz时分别为1.2dB和1.0dB。对于3-dB轴比带宽，模拟和测量结果分别为(2.39-2.49GHz)的4.1％和(2.39-2.51 GHz)的4.9％。两个结果都覆盖整个2.4-GHz WLAN频段(2.4-2.48GHz)。显然，天线的工作带宽受到轴比带宽的限制。
图9A和图9B分别显示了在2.44GHz下，在仰角(y-z)中及在方位角(x-y) 平面中的模拟和测量的辐射方向图。如图9A和图9B所示，在模拟和测量之间有合理的一致性，得到了一个-y方向的单向圆极化辐射方向图。在侧向(θ＝90°，φ＝270°)，测得的左旋圆极化场比右旋圆极化场强35.7dB。参考左旋圆极化场，模拟和测量的前后比分别为23.1dB和26.7dB。然而，天线的实际前后比受到右旋圆极化场的背波束的限制。当考虑右旋圆极化场时，模拟和测量的前后比分别降低到16.1dB和15.5dB。从图中可以发现，在yz-和xy- 平面测量的3dB波束宽度分别为123°和120°，而两个平面的模拟波束宽度为131°。
表I给出了在2.40GHz，2.44GHz和2.48GHz时的模拟和测量的方向图前后比。参考表格，模拟和测量的前后比分别至少为15dB和13.9dB。
表I：在2.4GHz WLAN频带中单侧向圆极化介质谐振器天线的模拟和测量的方向图前后比
<u>频率(GHz)</u> <u>模拟的前后比(dB)</u> <u>测量的前后比(dB)</u>
<u>2.40</u> <u>15.0</u> <u>13.9</u>
<u>2.44</u> <u>16.1</u> <u>15.5</u>
<u>2.48</u> <u>16.9</u> <u>17.6</u>
图10示出了作为频率函数的侧向(-y方向)的模拟和测量的天线增益。如图10所示，模拟和测量结果之间存在合理的一致性。模拟和测量的峰值增益分别为3.57dBic和2.58dBic。测得的增益和模拟的增益之间的差异很可能是由于实验不完善造成的。
图11显示了包含阻抗失配的测量的天线效率。在工作带宽(2.39-2.51GHz) 内，效率介于85.6％和89.2％之间。
进行参数研究以确定天线的关键参数。首先，介质谐振器高度H是变化的，它对反射系数和轴比的影响在图12A和图12B中给出。如图所示，H移动阻抗曲线(图12A)和轴比曲线(图12B)的频率。这表明介质谐振器元件的尺寸对天线频率有很强的影响。还研究了介质谐振器半径α的影响并观察到类似的结果。
接下来，研究延伸的短截线的宽度W1。图13A和图13B示出了不同的 W1的反射系数(图13A)和轴比(图13B)。如图所示，W1可用于调整阻抗匹配和轴比带宽。应该提到的是，尽管使用W1＝8mm给出了更好的阻抗和轴比带宽，但是相应的方向图前后比降低了。结果，在本实例的设计中使用W1＝ 9mm作为阻抗匹配，轴比率带宽和方向图前后比之间的折衷。当改变参数W 时获得类似的结果。
最后，研究十字缝隙的影响。为简洁起见，这里只讨论L1。图14A和图 14B示出L1对反射系数(图14A)和轴比(图14B)的影响。如图所示，L1可用于调整阻抗匹配和轴比带宽。而且，增加L1可改善阻抗匹配(图14A)，但会降低轴比水平(图14B)。作为折衷，在本示例的设计中使用了25.6mm的 L1。
图15显示了作为L1函数的模拟的方向图前后比。如图所示，在L1＝ 25.6mm左右发现最佳的前后比，这并不令人惊讶，因为在该L1附近轴比最佳。
基于参数研究，可以如下设计本发明的一个实施方式中的天线的设计指导。首先，确定介质谐振器尺寸以获得所需的介质谐振器辐射模式和频带。接下来，调整接地平面参数(W1，W)以获得良好的阻抗和轴比水平。最后，调整缝隙尺寸(L1，L2)以优化阻抗匹配和轴比以获得最佳的方向图前后比。
本发明的上述实施方式提供单侧向圆极化介质谐振器天线。在一个实施方式中，接地平面的半径仅为0.19λ0，并且两个所需的圆极化场通过单个介质谐振器元件获得。这些提供了一种紧凑型设计的天线，特别适用于现代无线通信系统。有利的是，本发明中的单侧向天线可以产生所需侧向方向的辐射，减少在不理想的方向上的浪费功率。单向性还可以提供更好的接收灵敏度并抑制与其他设备的干扰。因此，当天线需要位于诸如墙壁或通信塔的另一物体上或旁边时，本发明中的单侧向天线对于某些应用是合乎需要的。此外，圆极化可以减轻多径干扰并降低发射天线和接收天线之间的对准。这使得单侧向圆极化天线在现代无线系统中是理想的。通过使用单侧向圆极化介质谐振器天线的介电材料，即使在毫米波频率下，天线也可以具有非常低的损耗，从而获得高辐射效率。通过选择适用于本发明的单侧向介质谐振器天线的介电常数，可以获得不同应用的不同带宽。
本领域技术人员将理解，可以对具体实施方式中所示的本发明进行多种变化和/或修改，而不偏离如广义描述的本发明的精神或范围。例如，馈电网络不限于所示出的改进的Alford环路布置(具有四个短截线的圆形贴片)，而是可以具有任何其他形状和形式，并且可以布置在不同的位置。馈电探针可以是任何形状，例如圆柱形探针、锥形探针、倒锥形探针、阶梯式圆柱形探针和平面微带折叠单极子。TM01δ模式和TE01δ+1模式以外的模式可用于实现第一个圆极化组。可以使用不同类型的辐射元件(例如贴片，介质谐振器(即，不一定是缝隙天线))获得第二圆极化场。介质谐振器元件的介电常数εr可以根据应用而变化。介质谐振器元件可以是其他形状，不一定是圆柱形。同样，接地平面可以是任何形状，不一定是圆形的。因此，本实施方式在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (23)

1.一种介质谐振器天线，包括：
介质基板，具有接地平面；
介质谐振器元件，布置在所述接地平面上；
导电的馈电组件，可操作以激励所述介质谐振器元件的一个或多个介质谐振器模式以产生第一圆极化电磁场；以及
辐射布置，可操作以产生与所述第一圆极化电磁场互补的第二圆极化电磁场；
其中所述第一圆极化电磁场和所述第二圆极化电磁场在组合时被布置成提供单侧向圆极化电磁场。
2.根据权利要求1所述的介质谐振器天线，其中所述馈电组件可操作以至少激励所述介质谐振器元件的第一介质谐振器模式和所述介质谐振器元件的第二介质谐振器模式。
3.根据权利要求2所述的介质谐振器天线，其中所述第一介质谐振器模式是TE01δ+1模式。
4.根据权利要求2所述的介质谐振器天线，其中所述第二介质谐振器模式是TM01δ模式。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的介质谐振器天线，其中所述馈电组件包括：
馈电网络，其被布置为激励所述介质谐振器元件的第一介质谐振器模式；以及
馈电探针，其被设置为激励所述介质谐振器元件的第二介质谐振器模式。
6.根据权利要求5所述的介质谐振器天线，其中所述馈电组件还包括：
微带馈电线，其被布置成与所述馈电探针连接。
7.根据权利要求6所述的介质谐振器天线，其中所述馈电网络被布置在具有所述接地平面的所述介质基板的一侧上，并且所述微带馈电线被布置在所述介质基板的相对侧上。
8.根据权利要求5所述的介质谐振器天线，其中所述馈电网络包括天线。
9.根据权利要求8所述的介质谐振器天线，其中所述天线是大体平面的。
10.根据权利要求9所述的介质谐振器天线，其中所述天线包括：
中心导电部分；
多个导电短截线部分，从所述中心导电部分径向延伸的；以及
多个导电弧部分，每个所述导电弧部分从相应的所述导电短截线部分沿周向延伸。
11.根据权利要求10所述的介质谐振器天线，其中所述天线包括彼此成角度地间隔开的四个所述导电短截线部分。
12.根据权利要求5所述的介质谐振器天线，其中所述馈电探针包括圆柱形探针、圆锥形探针、倒锥形探针、阶梯式圆柱形探针和平面微带折叠单极子中的任何一种。
13.根据权利要求5所述的介质谐振器天线，其中所述馈电探针至少部分地布置在限定在所述介质谐振器元件中的腔室中。
14.根据权利要求13所述的介质谐振器天线，其中所述腔室限定圆柱形空间并且所述馈电探针具有圆柱形主体。
15.根据权利要求14所述的介质谐振器天线，其中所述圆柱形空间和所述圆柱形本体是同轴的。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的介质谐振器天线，其中所述辐射布置包括缝隙天线，贴片或介质谐振器元件。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的介质谐振器天线，
其中所述馈电网络包括天线，所述天线具有：
中心导电部分；
多个导电短截线部分，从所述中心导电部分径向延伸的；和
多个导电弧部分，每个所述导电弧部分从相应的所述导电短截线部分周向延伸；以及
其中所述缝隙天线包括由所述中心导电部分形成或在所述中心导电部分内形成的缝隙。
18.根据权利要求17所述的介质谐振器天线，其中所述缝隙是十字形的。
19.根据权利要求1至4中任一项所述的介质谐振器天线，其中所述介质谐振器元件包括圆柱形主体。
20.根据权利要求1至4中任一项所述的介质谐振器天线，其中所述介质谐振器天线被布置成用于WLAN应用。
21.根据权利要求1至4中任一项所述的介质谐振器天线，其中所述接地平面的占地面积与所述介质谐振器元件的占地面积之比在1-1.2之间。
22.一种介质谐振器天线阵列，包括一个或多个根据权利要求1至21中任一项所述的介质谐振器天线。
23.一种无线通信系统，包括一个或多个根据权利要求1至21中任一项所述的介质谐振器天线。
CN201810782272.XA 2018-01-19 2018-07-17 介质谐振器天线 Pending CN110061346A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/875,341 US10680338B2 (en) 2018-01-19 2018-01-19 Dielectric resonator antenna
US15/875,341 2018-01-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110061346A true CN110061346A (zh) 2019-07-26

Family

ID=67298776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810782272.XA Pending CN110061346A (zh) 2018-01-19 2018-07-17 介质谐振器天线

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10680338B2 (zh)
CN (1) CN110061346A (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416718A (zh) * 2019-08-05 2019-11-05 上海无线电设备研究所 一种可重构介质谐振器天线及其宽角扫描阵列
CN110649383A (zh) * 2019-10-22 2020-01-03 西安电子科技大学 一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线
CN110729555A (zh) * 2019-10-31 2020-01-24 电子科技大学 顶空零点的多频共形天线及工作方法
CN110729551A (zh) * 2019-10-31 2020-01-24 电子科技大学 凹型共形的宽波束高增益双频介质谐振器天线及工作方法
CN111244604A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 大连理工大学 一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线
CN111600117A (zh) * 2020-05-12 2020-08-28 中天宽带技术有限公司 介质谐振器天线
CN112271438A (zh) * 2020-10-23 2021-01-26 汕头大学 一种槽馈电的圆极化全向介质谐振器天线
CN112909515A (zh) * 2021-02-23 2021-06-04 西安电子科技大学 一种四模四端口圆柱形介质谐振器分集天线
CN112909514A (zh) * 2021-02-23 2021-06-04 西安电子科技大学 一种三模三端口全向圆柱形介质谐振器天线

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109066073B (zh) * 2018-07-18 2020-02-18 华南理工大学 一种平面端射方向图可重构天线
US11287458B2 (en) * 2020-04-01 2022-03-29 City University Of Hong Kong Determination of gain characteristics of a linearly-polarized antenna
CN111710979B (zh) * 2020-06-23 2023-05-30 南京信息工程大学 Ka波段低剖面宽带高增益环形圆柱介质谐振器天线
KR20220006389A (ko) * 2020-07-08 2022-01-17 삼성전기주식회사 안테나 장치
CN112713391B (zh) * 2020-12-23 2022-02-22 西安交通大学 基于d-crlh馈电网络的高阶双频双圆极化介质谐振天线

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105206911A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 桂林电子科技大学 零阶谐振器和低剖面零阶谐振器全向圆极化天线
US20170040700A1 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 City University Of Hong Kong Antenna

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3710340A (en) 1971-10-13 1973-01-09 Jfd Electronics Corp Small, broadband, unidirectional antenna
US3868694A (en) 1973-08-09 1975-02-25 Us Air Force Dielectric directional antenna
US4972196A (en) 1987-09-15 1990-11-20 Board Of Trustees Of The Univ. Of Illinois Broadband, unidirectional patch antenna
US4879563A (en) 1987-10-30 1989-11-07 Kyocera Corporation Circularly polarized complementary antenna with patch and dipole elements
US6466178B1 (en) 2000-08-31 2002-10-15 Thomson Licensing S.A. Small-size unidirectional antenna
CA2435830A1 (en) * 2003-07-22 2005-01-22 Communications Research Centre Canada Ultra wideband antenna
EP1684382A1 (en) 2005-01-19 2006-07-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Small ultra wideband antenna having unidirectional radiation pattern
US7843389B2 (en) 2006-03-10 2010-11-30 City University Of Hong Kong Complementary wideband antenna
US8410982B2 (en) 2008-10-23 2013-04-02 City University Of Hong Kong Unidirectional antenna comprising a dipole and a loop
FR2952240B1 (fr) * 2009-11-02 2012-12-21 Axess Europ Antenne a resonateur dielectrique a double polarisation
US8928544B2 (en) * 2011-02-21 2015-01-06 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of National Defence Wideband circularly polarized hybrid dielectric resonator antenna
JP5480990B1 (ja) 2013-03-28 2014-04-23 日本航空電子工業株式会社 コネクタ組立体
US10965032B2 (en) * 2018-01-08 2021-03-30 City University Of Hong Kong Dielectric resonator antenna

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170040700A1 (en) * 2015-08-03 2017-02-09 City University Of Hong Kong Antenna
CN105206911A (zh) * 2015-08-24 2015-12-30 桂林电子科技大学 零阶谐振器和低剖面零阶谐振器全向圆极化天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEI GUO等: "Compact Unilateral Circularly Polarized Dielectric Resonator Antenna", 《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION 》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110416718B (zh) * 2019-08-05 2020-07-31 上海无线电设备研究所 一种可重构介质谐振器天线及其宽角扫描阵列
CN110416718A (zh) * 2019-08-05 2019-11-05 上海无线电设备研究所 一种可重构介质谐振器天线及其宽角扫描阵列
CN110649383A (zh) * 2019-10-22 2020-01-03 西安电子科技大学 一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线
CN110729551B (zh) * 2019-10-31 2021-04-09 电子科技大学 凹型共形的宽波束高增益双频介质谐振器天线及工作方法
CN110729555A (zh) * 2019-10-31 2020-01-24 电子科技大学 顶空零点的多频共形天线及工作方法
CN110729551A (zh) * 2019-10-31 2020-01-24 电子科技大学 凹型共形的宽波束高增益双频介质谐振器天线及工作方法
CN111244604A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 大连理工大学 一种用于移动终端的双极化毫米波介质谐振器天线
CN111600117A (zh) * 2020-05-12 2020-08-28 中天宽带技术有限公司 介质谐振器天线
CN112271438A (zh) * 2020-10-23 2021-01-26 汕头大学 一种槽馈电的圆极化全向介质谐振器天线
CN112271438B (zh) * 2020-10-23 2022-12-06 汕头大学 一种槽馈电的圆极化全向介质谐振器天线
CN112909515A (zh) * 2021-02-23 2021-06-04 西安电子科技大学 一种四模四端口圆柱形介质谐振器分集天线
CN112909514A (zh) * 2021-02-23 2021-06-04 西安电子科技大学 一种三模三端口全向圆柱形介质谐振器天线
CN112909515B (zh) * 2021-02-23 2022-04-15 西安电子科技大学 一种四模四端口圆柱形介质谐振器分集天线

Also Published As

Publication number Publication date
US20190229424A1 (en) 2019-07-25
US10680338B2 (en) 2020-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110061346A (zh) 介质谐振器天线
US8928544B2 (en) Wideband circularly polarized hybrid dielectric resonator antenna
Mukherjee et al. A review of the recent advances in dielectric resonator antennas
KR20140015114A (ko) 라디오 파들의 송신 및 수신을 위한 콤팩트 울트라 광대역 안테나
US20210273339A1 (en) Wideband Dual-Polarized Four-Quad Loop Antenna
CN102460830A (zh) 用于移动手持电话和计算机网络的电小超宽带天线
US20050231437A1 (en) Dipole antenna
CN115621727A (zh) 一种s波段全向圆极化天线
Malfajani et al. Wideband substrate integrated cavity-backed dielectric resonator antenna at sub-6-GHz band
Xiaole et al. Design of a wideband waveguide slot array antenna and its decoupling method for synthetic aperture radar
WO2012081958A1 (en) Wideband dielectric resonator antenna for ku-band applications
Jagtap et al. Low profile, high gain and wideband circularly polarized antennas using hexagonal shape parasitic patches
Sun et al. Broadband, wide beam circularly polarized antenna with a novel matching structure for satellite communications
Chen et al. Wideband Patch Antenna with Shorting Vias
Zhang et al. Dual-band omnidirectional circularly polarized patch antenna with etched slots and shorting vias
Su et al. Capacitive probe fed broadband circularly polarized omnidirectional antenna
Cao et al. X-band omnidirectional high gain biconical array antenna
Zhang et al. Wide band antenna array using bowtie-shaped microstrip patch antenna
Kumar et al. Slot antenna for frequency switchable active antenna
Song et al. Dual-polarized antenna based on metal ring and microstrip patch
Lin et al. Wide beamwidth quadifilar helix antenna with cross dipoles
Xiang et al. Design of a compact wideband omnidirectional circularly polarized antenna
Derneryd et al. Dual-polarized dielectric resonator antennas for base station applications
Baskaran et al. An S/X band Shared Aperture Antenna
CN109216912B (zh) 一种加载六边形环寄生枝节的花形馈源终端多频微带天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190726