CN111900542A - 一种高频高增益宽带介质谐振器天线 - Google Patents

一种高频高增益宽带介质谐振器天线 Download PDF

Info

Publication number
CN111900542A
CN111900542A CN202010848311.9A CN202010848311A CN111900542A CN 111900542 A CN111900542 A CN 111900542A CN 202010848311 A CN202010848311 A CN 202010848311A CN 111900542 A CN111900542 A CN 111900542A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric
metal floor
substrate
resonator antenna
gain
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
CN202010848311.9A
Other languages
English (en)
Inventor
于兵
刘沁沁
鞠刘娟
苏鹏
邓健
贾洪川
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.)
Nanjing University of Information Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Information Science and Technology
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 Nanjing University of Information Science and Technology filed Critical Nanjing University of Information Science and Technology
Priority to CN202010848311.9A priority Critical patent/CN111900542A/zh
Publication of CN111900542A publication Critical patent/CN111900542A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

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
    • H01Q1/002—Protection against seismic waves, thermal radiation or other disturbances, e.g. nuclear explosion; Arrangements for improving the power handling capability of an antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
    • 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
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高频高增益宽带介质谐振器天线，属于天线技术领域，包括介质基板、印制在介质基板上表面的第一金属地板和下表面的第二金属地板以及固定在第一金属地板上的介质辐射单元；第一金属地板与第二金属地板之间通过基片集成波导矩形腔体连接，该基片集成波导馈电结构由设置在介质基板上的多个金属化过孔组成；第一金属地板位于基片集成波导馈电结构内的区域上蚀刻有十字交叉矩形耦合缝隙，在缝隙所在位置固定有圆柱形介质块层叠而成的介质谐振器天线单元；介质基板上设置有用于安装同轴线的过孔。本发明适用于5G高频段通信系统，具有高增益、高效率、低剖面、结构简单、易集成的特点，解决现有毫米波介质谐振器天线增益较低的问题。

Description

一种高频高增益宽带介质谐振器天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别涉及一种高频高增益宽带介质谐振器天线。
背景技术
随着现代无线通信技术的快速发展，特别是个人移动通信技术的发展，低频无线频谱资源逐渐枯竭。为实现高速无线接入技术，势必需要开发高频无线频谱资源。为了获得更高的数据传输速率以满足多媒体等各种大数据吞吐量的业务需求，新一代的通信系统对天线的设计提出了更高的要求。一方面，天线系统需要宽带化并且将采用更高的频段以获取更大的绝对带宽，例如Ka频段甚至到Q/V频段，但在Ka及以上的毫米波频段，传统的微带类天线由于金属欧姆损耗显著增加，辐射效率迅速降低。在毫米波段，传统的金属天线欧姆损耗很高，导致辐射效率很低。所以在毫米波频率下欧姆损耗的最小化是一个重要的设计目标，必须解决这个问题以提高整体系统性能。
近年来，介质谐振器天线由于其良好的性能而受到广泛关注和研究。介质谐振器天线具有尺寸小、成本低的特点，易于与平面电路集成，而且馈电方式多种多样。一方面，介质谐振器天线没有金属欧姆损耗，具有较高的辐射效率，利于提升系统性能。另一方面，在宽频带范围内具有高圆极化纯度(轴比小于1dB)的天线可有效提升数据传输速率。综上所述，研究高增益宽频带介质谐振器天线具有重要意义。
发明内容
发明目的：针对在高频段金属欧姆损耗高，以及追求高增益而带宽较小的问题，本发明提出一种高频高增益宽带介质谐振器天线，用以改善现有的天线在毫米波段带宽较小和增益较低的缺陷。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：
一种高频高增益宽带介质谐振器天线，包括介质基板、印制在介质基板上表面的第一金属地板和下表面的第二金属地板，固定在第一金属地板上的介质辐射单元；所述第一金属地板与第二金属地板之间通过基片集成波导馈电结构连接，该基片集成波导馈电结构为矩形腔体，由设置在介质基板上的多个金属化过孔组成；所述第一金属地板上蚀刻有矩形十字交叉耦合缝隙，且缝隙位于基片集成波导馈电结构的矩形区域内，在十字交叉耦合缝隙所在位置固定有介质辐射单元；所述介质基板上设置有用于安装同轴线的通孔，同轴线内芯和介质基板上表面的第一金属地板连接，其外皮与第二金属地板导通；所述介质辐射单元采用由若干个介质块层叠而成的介质谐振器天线单元，用于实现高增益和宽频带的特性。
优选的，所述矩形腔体为正方形腔体，该正方形腔体每个边上的金属化过孔数量为n个。优选的，所述介质辐射单元，采用半径不同的四个圆柱形介质块堆叠而成，其中半径小的圆柱形介质块在半径大的圆柱形介质块的下方。优选的，矩形十字交叉耦合缝隙的横轴和竖轴的长度不同。
有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：
本发明采用正方形的带有缝隙的基片集成波导腔体结构，通过十字耦合缝隙给各个辐射单元馈电，有效地降低了基片集成波导的复杂度，降低了馈电过程中的能量损耗，与现有技术相比，有效地提高了天线的增益。本发明能成功在26-39GHz的高频段增益达到10dB以上，并且回波损耗能满足90％以上都在-10dB以下。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的天线侧视图；
图3是本发明的地板缝隙图；
图4是本发明的介质基板图；
图5是本发明的回波损耗曲线图；
图6是本发明的XOY面方向图的仿真图；
图7是本发明实施例的实物图；
其中，1-第一金属地板，2-介质基板，3-第二金属地板，4-金属化过孔，5-同轴线通孔，6-十字交叉缝隙，7-第一层介质块，8-第二层介质块，9-第三层介质块，10-第四层介质块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本发明所述的一种高频高增益宽带介质谐振器天线，参照图1，包括正方形的介质基板2，印制在介质基板2上表面的第一金属地板1和下表面的第二金属地板3，固定在第一金属地板1上的介质辐射单元。该正方形介质基板2为FR4，其介电常数为4.4，高度为1mm，边长30mm。第一金属地板1和第二金属地板3通过设置在介质基板2上的由多个金属化过孔4组成的基片集成波导矩形腔体馈电结构连接；为了使天线E面辐射方向图与H面辐射方向图一致，将腔体设置成正方形腔体。根据基片集成波导设计原理，设计出中心频率工作在32.5GHz的基片集成波导正方形腔体，该正方形腔体每个边上的金属化过孔4数量为13个，为了使馈电腔体四周围成一个电壁，基片上的金属化过孔4孔直径设为0.8mm、孔径设为0.6m。其中馈电点同轴线通孔5圆心位置距离正方形介质基板2的两条中心线均为2mm。所述第一金属地板1上蚀刻有矩形十字交叉缝隙6，且缝隙位于基片集成波导馈电结构的正方形区域内，在十字交叉缝隙6所在位置固定有介质辐射单元，十字交叉缝隙6的短轴长15.5mm，宽2.8mm；长轴长18mm，宽2.8mm。
参照图2-图4，所述介质辐射单元采用四个圆柱形介质块层叠而成的介质谐振器天线单元，自下而上依次为第一层介质块7，第二层介质块8，第三层介质块9，第四层介质块10。每个圆柱形介质块的直径各不相同，位于最下层的第一层介质块7与第一金属地板1无缝粘结，每层介质块之间也无缝粘连，为了使该天线拥有更高的增益，经过大量仿真得出各介质层数据为：第一层介质块7半径为9mm，高3mm；第二层介质块8半径为11mm，高3mm；第三层介质块9半径为13mm，高3mm；第四层介质块10半径为15mm，高2mm。
本发明利用介质谐振器天线损耗小的特性，从而提高天线增益，并根据其设计原理，设计出中心频率工作在32.5GHz的介质谐振器天线；根据基片集成波导的设计理论设计出正方形的带有缝隙的馈电腔体，降低了基片集成波导馈电结构的复杂度，从而降低了天线馈电过程中的传输损耗进一步提高了天线增益。天线工作时需将同轴线的内芯穿过介质基板2上的同轴线通孔5与第一金属地板1导通，外皮与第二金属地板3导通，从而给介质单元馈电。按一定半径和高度堆叠的圆柱型介质谐振腔采用F-P腔(Fabry–Pérot cavity)原理，通过电磁波在介质腔中多次反射产生衍射从而提高天线的增益。同轴线和图3、图4的介质基板、金属地板组成基片集成波导馈电结构，介质谐振腔为天线工作主体。
以下通过仿真实验，对本发明的技术效果进行说明：1、仿真条件和内容：利用商业仿真软件ANSYS HFSS v15.0对本发明的E面和H面方向图进行仿真计算。2、仿真结果分析：图5是本发明的回波损耗曲线图，图6是本发明的XOY面方向图的仿真图。由图5仿真结果分析可得，本发明仅在26.80Ghz到26.98Ghz范围内回波损耗大于-10dB，仅占所有带宽的1.38％。由图6仿真结果分析可得，本发明工作在中心频率32.5Ghz的峰值增益为11.13dB，具有较高的增益。图7是天线实物图。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高频高增益宽带介质谐振器天线，其特征在于：所述天线包括介质基板、印制在介质基板上表面的第一金属地板和下表面的第二金属地板，固定在第一金属地板上的介质辐射单元；所述第一金属地板与第二金属地板之间通过基片集成波导馈电结构连接，该基片集成波导馈电结构为矩形腔体，由设置在介质基板上的多个金属化过孔组成；所述第一金属地板上蚀刻有矩形十字交叉耦合缝隙，且缝隙位于基片集成波导馈电结构的矩形区域内，在十字交叉耦合缝隙所在位置固定有介质辐射单元；所述介质基板上设置有用于安装同轴线的通孔，同轴线内芯和介质基板上表面的第一金属地板连接，其外皮与第二金属地板导通；所述介质辐射单元采用由若干个介质块层叠而成的介质谐振器天线单元。
2.根据权利要求1所述的一种高频高增益宽带介质谐振器天线，其特征在于：所述矩形腔体为正方形腔体，该正方形腔体每个边上的金属化过孔数量为n个。
3.根据权利要求1或2所述的一种高频高增益宽带介质谐振器天线，其特征在于：所述介质辐射单元，采用半径不同的四个圆柱形介质块堆叠而成，其中半径小的圆柱形介质块在半径大的圆柱形介质块的下方。
4.根据权利要求1或2所述的一种高频高增益宽带介质谐振器天线，其特征在于：所述矩形十字交叉耦合缝隙的横轴和竖轴的长度不同。
CN202010848311.9A 2020-08-21 2020-08-21 一种高频高增益宽带介质谐振器天线 Pending CN111900542A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010848311.9A CN111900542A (zh) 2020-08-21 2020-08-21 一种高频高增益宽带介质谐振器天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010848311.9A CN111900542A (zh) 2020-08-21 2020-08-21 一种高频高增益宽带介质谐振器天线

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111900542A true CN111900542A (zh) 2020-11-06

Family

ID=73230602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010848311.9A Pending CN111900542A (zh) 2020-08-21 2020-08-21 一种高频高增益宽带介质谐振器天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111900542A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022125739A1 (en) * 2020-12-09 2022-06-16 Rogers Corporation Electromagnetic device and method of making same
CN116130963A (zh) * 2023-04-14 2023-05-16 微网优联科技(成都)有限公司 一种基于半模基片集成波导与介质谐振器结构的漏波天线

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102130377A (zh) * 2011-01-26 2011-07-20 浙江大学 同轴馈电的三频介质谐振天线
CN103545602A (zh) * 2013-10-14 2014-01-29 上海大学 Ku波段圆极化介质谐振器天线
CN103825084A (zh) * 2014-02-25 2014-05-28 东南大学 一种适用于无线局域网的2.4/5GHz双频全向天线
CN106299672A (zh) * 2016-10-18 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种极化可调的锥形介质谐振天线
CN107482315A (zh) * 2017-07-21 2017-12-15 南通大学 一种宽带平坦增益的层叠介质贴片天线
CN107689482A (zh) * 2017-07-27 2018-02-13 南通大学 一种基于二维周期结构的宽带低剖面介质谐振器天线

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102130377A (zh) * 2011-01-26 2011-07-20 浙江大学 同轴馈电的三频介质谐振天线
CN103545602A (zh) * 2013-10-14 2014-01-29 上海大学 Ku波段圆极化介质谐振器天线
CN103825084A (zh) * 2014-02-25 2014-05-28 东南大学 一种适用于无线局域网的2.4/5GHz双频全向天线
CN106299672A (zh) * 2016-10-18 2017-01-04 哈尔滨工业大学 一种极化可调的锥形介质谐振天线
CN107482315A (zh) * 2017-07-21 2017-12-15 南通大学 一种宽带平坦增益的层叠介质贴片天线
CN107689482A (zh) * 2017-07-27 2018-02-13 南通大学 一种基于二维周期结构的宽带低剖面介质谐振器天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DANIEL BITURO MSILANGA: ""Wideband Flipped Staired Equilateral Triangular Pyramid DRA"", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENCE AND RESEARCH(IJSR)》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022125739A1 (en) * 2020-12-09 2022-06-16 Rogers Corporation Electromagnetic device and method of making same
GB2616575A (en) * 2020-12-09 2023-09-13 Rogers Corp Electromagnetic device and method of making same
CN116130963A (zh) * 2023-04-14 2023-05-16 微网优联科技(成都)有限公司 一种基于半模基片集成波导与介质谐振器结构的漏波天线

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109802231B (zh) 基于人工磁导体的宽带电磁偶极子天线
CN110783704B (zh) 双过孔探针馈电集成基片间隙波导圆极化天线
CN107134637A (zh) 一种双频ebg结构以及基于该双频ebg结构的微带天线
CN212571341U (zh) 一种宽带开槽贴片天线
CN101488604A (zh) 含两种分形的复合分形天线
CN215600567U (zh) 一种加载寄生结构的宽带贴片天线
CN111834737A (zh) 一种面向毫米波应用的双频段介质谐振器天线
CN111900542A (zh) 一种高频高增益宽带介质谐振器天线
CN108736153B (zh) 一种三频低剖面贴片天线
CN113451760A (zh) 一种应用于5g移动通信的毫米波宽带mimo天线
CN113300125B (zh) 一种三模谐振的宽带天线
CN110459861B (zh) 一种基于基片集成波导设计的双频椭圆缝隙天线
CN115579611B (zh) 一种金属±45°双极化天线
CN112072301A (zh) 双极化低剖面宽带5g基站天线
CN110534882B (zh) 一种双频天线
CN107579346B (zh) 一种超宽带低雷达截面的微带天线
CN213959125U (zh) 一种加载蘑菇型结构的宽带高增益天线
CN113178688B (zh) 一种空心六角星超宽带天线
CN113363696B (zh) 具有滤波特性的平面集成毫米波串馈喇叭阵列
CN101728643A (zh) 一种液晶聚合物毫米波超宽带槽天线
CN213212372U (zh) 一种基片集成波导缝隙馈电微带阵列天线
CN112290207B (zh) 一种通信用宽带宽角扫描天线单元
CN110112580B (zh) 一种基于结构复用的圆波导双频共口径天线
CN113972482A (zh) 基于色散结构的基片集成端射天线
CN112886246A (zh) 一种平面集成的微波毫米波共口径边射天线

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