CN112332086A - 一种基片集成差分双极化介质谐振器天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基片集成差分双极化介质谐振器天线，包括顶层金属结构、上层介质结构、中间层金属结构、下层介质结构以及底层金属结构。顶层金属结构、上层介质结构和中间层金属结构构成一个田字型基片集成背腔介质谐振器。底层金属结构与中间层金属结构、下层介质结构构成一对水平方向微带馈线和一对垂直方向微带馈线，分别对应一对差分端口。具有TEx₁₁₁模和TEy₁₁₁模的田字型基片集成背腔介质谐振器结合微带耦合馈电形成宽带、低剖面的基片集成差分双极化介质谐振器天线，便于与其它电路集成。上层介质结构的金属化通孔与顶层金属结构和中间层金属结构相连，形成环型背腔结构，保证了天线基片集成的可实现性，同时提高了天线增益。

Description

一种基片集成差分双极化介质谐振器天线

技术领域

本发明涉及各种微波通信领域，尤其涉及一种基片集成差分双极化介质谐振器天线。

背景技术

介质谐振器天线具有辐射效率高、介质损耗低、尺寸小、设计自由度高等优点，因此得到了广泛关注。将介质谐振器天线通过多层PCB技术实现，形成基片集成的介质谐振器天线，有利于与其它电路集成、便于安装、提高集成度及加工一致性。基片集成差分双极化介质谐振器天线进一步考虑了天线的双极化及差模工作，因此还有利于减少多径效应，提高对共模噪声的抑制能力，改善天线的交叉极化。

目前已有关于差分双极化介质谐振器天线的相关报道，在性能上大部分设计带宽较窄，而带宽较宽的设计剖面高度较高，在结构上采用陶瓷工艺介质谐振器无法与基片集成，不利于安装和使用。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种宽带低剖面的基片集成差分双极化介质谐振器天线。

技术方案：一种基片集成差分双极化介质谐振器天线，包括从上而下依次设置的顶层金属结构、上层介质结构、中间层金属结构、下层介质结构以及底层金属结构；所述顶层金属结构为正四边形，并在其每个边的中间向内延伸了矩形台阶；所述上层介质结构为在介质板上开设4个正方形缺口后，形成的中央十字部分连接外侧正四边形框体部分的结构，并在外侧正四边形框体上设置一圈金属化通孔，各边的金属化通孔向内侧的中央十字部分延伸，用于连接顶层金属结构和中间层金属结构，形成环型背腔结构；所述中间层金属结构的中部设置一对竖直耦合槽以及一对水平耦合槽；所述下层介质结构为一整块介质基板；所述底层金属结构包括一对水平设置的金属条带和一对竖直设置的金属条带；各金属条带与其正上方的耦合槽均对应正交。

进一步的，所述顶层金属结构、上层介质结构和中间层金属结构构成一个田字型基片集成背腔介质谐振器，作为天线的辐射体；所述底层金属结构与中间层金属结构、下层介质结构构成一对水平方向微带馈线和一对垂直方向微带馈线，分别对应一对差分端口；天线水平极化工作时，差分信号通过水平方向微带馈线对进入，经过竖直设置的一对耦合槽激励田字型基片集成背腔介质谐振器，天线有田字型基片集成背腔介质谐振器TEx₁₁₁模和槽模；天线垂直极化工作时，差分信号通过垂直方向微带馈线对进入，经过水平设置的一对耦合槽激励田字型基片集成背腔介质谐振器，天线有田字型基片集成背腔介质谐振器TEy₁₁₁模和槽模。

有益效果：与现有技术相比，本发明的基片集成差分双极化介质谐振器天线具有如下优点：

1、具有TEx₁₁₁模和TEy₁₁₁模的田字型基片集成背腔介质谐振器结合微带耦合馈电形成宽带、低剖面的基片集成差分双极化介质谐振器天线，并且便于与其它电路集成。

2、田字型基片集成背腔介质谐振器的金属化通孔与顶层金属结构和中间层金属结构相连，形成环型背腔结构，保证了天线基片集成的可实现性，同时提高了天线增益。

附图说明

图1为本发明介质谐振器天线的剖面结构示意图；

图2为本发明介质谐振器天线的顶层金属结构示意图；

图3为本发明介质谐振器天线的上层介质结构示意图；

图4为本发明介质谐振器天线的中间层金属结构示意图；

图5为本发明介质谐振器天线的下层介质结构示意图；

图6为本发明介质谐振器天线的底层金属结构示意图；

图7为本发明介质谐振器天线的匹配及隔离的仿真图；

图8为本发明介质谐振器天线的仿真增益图；

图9为本发明介质谐振器天线水平极化在18.5GHz处的E面和H面仿真方向图；

图10为本发明介质谐振器天线水平极化在20GHz处的E面和H面仿真方向图；

图11为本发明介质谐振器天线水平极化在21.5GHz处的E面和H面仿真方向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，一种基片集成差分双极化介质谐振器天线，包括从上而下依次设置的顶层金属结构1、上层介质结构2、中间层金属结构3、下层介质结构4以及底层金属结构5。如图2所示，顶层金属结构1为正四边形，并在其每个边的中间向内延伸了矩形台阶。如图3所示，上层介质结构2为在介质板上开设4个正方形缺口22后，形成的中央十字部分连接外侧正四边形框体部分的结构，并在外侧正四边形框体上设置一圈金属化通孔21，各边的金属化通孔21向内侧的中央十字部分延伸，用于连接顶层金属结构1和中间层金属结构3，形成环型背腔结构。如图4所示，中间层金属结构3的中部设置一对竖直耦合槽31以及一对水平耦合槽32，四条耦合槽呈中心对称且正对上层介质结构2的中央十字部。如图5所示，下层介质结构4为一整块介质基板。如图6所示，底层金属结构5包括一对水平设置的金属条带51和一对竖直设置的金属条带52，四条金属条带呈十字形排列；各金属条带与其正上方的耦合槽均对应正交。

顶层金属结构1、上层介质结构2和中间层金属结构3构成一个田字型基片集成背腔介质谐振器，作为天线的辐射体。底层金属结构5与中间层金属结构3、下层介质结构4构成一对水平方向微带馈线和一对垂直方向微带馈线，分别对应一对差分端口。天线水平极化工作时，差分信号通过水平方向微带馈线对进入，经过竖直设置的一对耦合槽31激励田字型基片集成背腔介质谐振器，天线有田字型基片集成背腔介质谐振器TEx111模和槽模。天线垂直极化工作时，差分信号通过垂直方向微带馈线对进入，经过水平设置的一对耦合槽32激励田字型基片集成背腔介质谐振器，天线有田字型基片集成背腔介质谐振器TEy111模和槽模。因此天线可以获得低剖面、宽带工作特性。天线水平极化对应的两个模式与垂直极化对应的两个模式分别正交，因此可以获得宽带高水平的极化隔离。田字型基片集成背腔介质谐振器的外围金属化过孔不但保证了谐振器的工作模式，而且提高了天线的增益水平。

本发明的基片集成差分双极化介质谐振器天线的介质天线，具有宽带、低剖面及易于PCB集成的优点。

下面列出了本发明的一个实施例，其天线结构示意图如图1-图6所示，采用介电常数为10.2和3.38。其匹配及隔离响应的仿真结果如图7所示。该实施例工作频带覆盖17.7GHz-22.7GHz，相对带宽为25％，在工作频带内两个端口之间的隔离大于60dB。仿真增益如图9所示，工作频带内的最大增益为7.2dBi。图9、图10和图11分别是水平极化在18.5GHz，20GHz和21.5GHz处的E面和H面仿真方向图。在三个频点，E面半功率波束宽度为70°、64°、62°，H面半功率波束宽度为78°、76°、74°，E面交叉极化水平为-57dB、-61dB、-66dB，H面交叉极化水平为-54dB、-59dB、-57dB。由于天线结构及模式的对称性，天线垂直极化性能与水平极化性能相对应。

以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基片集成差分双极化介质谐振器天线，其特征在于，包括从上而下依次设置的顶层金属结构(1)、上层介质结构(2)、中间层金属结构(3)、下层介质结构(4)以及底层金属结构(5)；所述顶层金属结构(1)为正四边形，并在其每个边的中间向内延伸了矩形台阶；所述上层介质结构(2)为在介质板上开设4个正方形缺口(22)后，形成的中央十字部分连接外侧正四边形框体部分的结构，并在外侧正四边形框体上设置一圈金属化通孔(21)，各边的金属化通孔(21)向内侧的中间十字部分延伸，用于连接顶层金属结构(1)和中间层金属结构(3)，形成环型背腔结构；所述中间层金属结构(3)的中部设置一对竖直耦合槽(31)以及一对水平耦合槽(32)；所述下层介质结构(4)为一整块介质基板；所述底层金属结构(5)包括一对水平设置的金属条带(51)和一对竖直设置的金属条带(52)；各金属条带与其正上方的耦合槽均对应正交。

2.根据权利要求1所述的基片集成差分双极化介质谐振器天线，其特征在于，所述顶层金属结构(1)、上层介质结构(2)和中间层金属结构(3)构成一个田字型基片集成背腔介质谐振器，作为天线的辐射体；所述底层金属结构(5)与中间层金属结构(3)、下层介质结构(4)构成一对水平方向微带馈线和一对垂直方向微带馈线，分别对应一对差分端口；天线水平极化工作时，差分信号通过水平方向微带馈线对进入，经过竖直设置的一对耦合槽(31)激励田字型基片集成背腔介质谐振器，天线有田字型基片集成背腔介质谐振器TEx₁₁₁模和槽模；天线垂直极化工作时，差分信号通过垂直方向微带馈线对进入，经过水平设置的一对耦合槽(32)激励田字型基片集成背腔介质谐振器，天线有田字型基片集成背腔介质谐振器TEy₁₁₁模和槽模。

Images