CN111916899B - 一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线，属于天线技术领域。本发明采用了带状线十字缝隙耦合馈电的方法，并对天线主要辐射单元外形进行设计，将一端锥状的圆柱介质按带孔的圆台介质半径由大到小的顺序穿过带孔的圆台介质形成天线辐射单元，即半径最大的圆台介质在圆柱介质的锥状端，半径最小的圆台介质在圆柱介质的另一端。本发明实现了天线小型化、高增益，结构简单、加工简易、低成本的特点。

Description

一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线。
背景技术
随着无线通信事业的飞速发展，对于天线的小型化、高增益、低成本等性能提出了更高的要求。虽然微带天线具有低剖面、轻质量等优点，但其在毫米波频段时，金属的欧姆损耗不可忽略，导致天线效率不高。且该种天线在高频段时几何尺寸过小，这对加工的精度提高了要求，进而导致天线的生产成本增加，因此其发展和应用受到了一定的限制。近些年来，介质谐振器天线由于其良好的性能受到广泛的关注和研究，以下为介质谐振器天线的优点：(1)介质谐振器天线尺寸小，形状多样，设计具有很大的灵活性；(2)介质谐振器天线由于没有导体和表面波损耗且自身介质损耗又小，所以具有高辐射效率；(3)介质谐振器天线的馈电方式很多，如探针，缝隙耦合，微带线，带状线，共面波导，介质镜像波导等；(4)介质谐振器天线易实现多频、圆极化；(5)介质谐振器天线对温度变化不敏感，加工简单，成本较低，便于集成设计。基于以上优点，介质谐振器天线已广泛应用于于各种通信系统和移动终端中。
发明内容
本发明的目的是提供一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线，用于解决在高频段欧姆损耗太大、效率太低的问题。本发明设计的天线具有尺寸小、高增益，结构简单、加工简单的特点，在无线通讯系统中具有良好的使用前景。
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：
一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线，采用了带状线十字缝隙馈电的方法，包括双面覆铜的介质基板，带状线的金属导电带，十字缝隙，若干个半径不同的带孔的圆台介质，一端锥状的圆柱介质；所述带孔的圆台介质按照圆台半径由大到小的顺序依次穿过所述圆柱介质形成天线辐射单元，半径最大的圆台介质在所述圆柱介质的锥状端，半径最小的圆台介质在所述圆柱介质的另一端；所述双面覆铜的介质基板的一面中央位置去除十字形状的覆铜构成十字缝隙，所述介质基板中间夹层放置带状线的金属导电带，介质基板的十字缝隙上方放置天线辐射单元；所述双面覆铜的介质基板，带状线的金属导电带，十字缝隙共同构成馈电单元。
优选的，所述圆台介质的上表面圆形半径小于下表面圆形半径，上表面圆形半径与孔径相同，圆台形状对能量有一定汇聚作用，通过多个堆叠的圆台对能量不断汇聚，从而提高天线的增益，且由于天线辐射单元的可拆卸，避免了天线辐射单元损坏需要替换整个天线辐射单元，降低了成本。
本发明的带状线的金属导电带，可以结合带状线输入阻抗计算公式设计特性阻抗为50Ω的金属导电带尺寸；通过十字缝隙将能量耦合到介质谐振器中，并提高天线的增益。
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：
本发明所述的天线主要辐射单元是通过把一个一端锥状的圆柱介质按带孔的圆台介质半径由大到小的顺序穿过四个带孔的圆台介质形成的，介质材料相比与金属材料，欧姆损耗更低，效率更高。圆台介质使能量汇聚，而堆叠的圆台介质使能量不断汇聚，从而提高天线的增益。同时利用顶端锥状的圆柱穿过四个带孔的圆台的介质结构减少了天线介质后期固定对天线效率的影响，也便于后期天线的加工，有利于天线成品的实现。同时，本发明所述的天线具有小型化、高增益，结构简单、加工简单、成本低的优点。
附图说明
图1是天线的整体结构图；
图2是天线带状线馈线图；
图3是地板十字缝隙图；
图4是双面覆铜的介质基板分解图；
图5是带孔的圆台介质分解图；
图6是天线带宽为2.23GHz的S11曲线图；
图7是天线频率为32.5GHz处的方向图；
图8是本发明实施例的天线实物图；
其中，1-介质基板，2-金属导电带，3-十字缝隙，4-圆台介质，5-圆柱介质。
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。
本发明所述的一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线，以四个圆台堆叠为实施例，如图1所示，包括双面覆铜的介质基板1，带状线的金属导电带2，十字缝隙3，四个半径不同的带孔的圆台介质4，一端锥状的圆柱介质5。所述带孔的圆台介质4按照圆台半径由大到小的顺序依次穿过所述圆柱介质5形成天线辐射单元，半径最大的圆台介质4在所述圆柱介质5的锥状端，半径最小的圆台介质4在所述圆柱介质5的另一端，越接近圆柱介质5的锥状端，带孔的圆台介质4半径越大；所述圆台介质4的上表面圆形半径小于下表面圆形半径，上表面圆形半径与孔径相同。所述双面覆铜的介质基板1的一面中央位置去除十字形状的覆铜构成十字缝隙3，对天线辐射单元进行耦合馈电，提高了天线的增益，所述介质基板1中间夹层放置带状线的金属导电带2，通过带状线对天线进行侧馈，介质基板1的十字缝隙3上方放置天线辐射单元；所述双面覆铜的介质基板1，带状线的金属导电带2，十字缝隙3共同构成馈电单元。
如图2所示，介质基板1边长为30mm，高为1mm，采用的材料是介电常数为4.4的FR4板；带状线的金属导电带2长为20.4mm，宽为0.55mm。如图3所示，十字缝隙3长分别为21mm、20mm，对应的宽分别为2.5mm、2.3mm。图4是双面覆铜的介质基板分解图。图5是本实施例的带孔的圆台介质分解示意图，其中图5(a)为主视图，图5(b)为俯视图，图5(a)为三维立体图；由小到大的四个圆台介质4底部半径分别为10.3mm、13.9mm、17.9mm、18.5mm，对应的圆台高度分别为7.9mm、4.9mm、3.8mm、3.3mm，四个圆台介质4的顶部半径和其所带孔的半径均为0.9mm。一端锥状的圆柱介质5圆柱半径为0.9mm，高为四个圆台的高之和为19.9mm，圆柱一端锥状体的高度为0.5mm。图6是天线带宽为2.23GHz的S11曲线图。图7为天线频率为32.5GHz处的方向图，天线在32.5GHz的时候最大辐射方向增益达到了13.4dB，具有很高的增益。图8为本发明实施例的天线实物图。
本发明的带状线的金属导电带2，可以结合带状线输入阻抗计算公式设计特性阻抗为50Ω的金属导电带尺寸；通过十字缝隙3将能量耦合到介质谐振器中，并提高天线的增益。本发明的天线辐射单元从金属材料换到介质材料，可以降低天线的损耗，提高天线的效率，且圆台形状对能量有一定汇聚作用，通过多个堆叠的圆台对能量不断汇聚，从而提高天线的增益，且由于天线辐射单元的可拆卸，避免了天线辐射单元损坏需要替换整个天线辐射单元，降低了成本。
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 (2)

1.一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线，其特征在于：所述天线包括双面覆铜的介质基板，带状线的金属导电带，十字缝隙，若干个半径不同的带孔的圆台介质，一端锥状的圆柱介质；所述带孔的圆台介质按照圆台半径由大到小的顺序依次穿过所述圆柱介质形成天线辐射单元，半径最大的圆台介质在所述圆柱介质的锥状端，半径最小的圆台介质在所述圆柱介质的另一端；所述双面覆铜的介质基板的一面中央位置去除十字形状的覆铜构成十字缝隙，所述介质基板中间夹层放置带状线的金属导电带，介质基板的十字缝隙上方放置天线辐射单元；所述双面覆铜的介质基板，带状线的金属导电带，十字缝隙共同构成馈电单元。
2.根据权利要求1所述的一种堆叠高增益圆台介质谐振器天线，其特征在于：所述圆台介质的上表面圆形半径小于下表面圆形半径，上表面圆形半径与孔径相同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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
CN103858277B (zh) * 2013-12-20 2015-12-30 华为技术有限公司 一种三极化天线
US9793611B2 (en) * 2015-08-03 2017-10-17 City University Of Hong Kong Antenna
CN107732438A (zh) * 2017-09-06 2018-02-23 南京理工大学 一种宽波束圆极化收发共用小卫星天线
CN109193125B (zh) * 2018-08-01 2020-09-08 南通大学 单馈圆极化介质谐振器天线

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