CN112467359B - 一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线。本发明天线包括自下而上依次层叠设置的下介质基板、金属地板及上介质基板，下介质基板的下表面设置用于馈电的微带传输线结构；上介质基板的上表面设置寄生介质片子阵、介质带条及L形金属带条；介质带条的两侧排列设置寄生介质片子阵；寄生介质片子阵远离介质带条的端角设置L形金属带条；介质带条的一端连接探针馈电结构的上端；金属地板的表面设置带过孔；探针馈电结构通过带过孔从上至下贯通上介质基板与下介质基板；探针馈电结构的下端与微带传输线结构的一端连接。本发明天线具有高增益、小型化、低剖面、以及易于布阵等优点。

Description

一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线
技术领域
本发明属于微波通信技术领域，具体涉及一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线。
背景技术
第五代移动通信系统最为核心的两个需求分别是高速率和低功耗。宽带技术是实现高数据速率无线通信的关键因素。另一方面，密集的基站部署以及各种功能的终端设备的涌现，要求通信设备必须提高能量的利用效率。再考虑到市场的消费导向高度追求设备的小型化与轻薄化，在此背景下，就天线技术领域而言，设计一款宽带、高效率的、低剖面小型化的天线具有重要的研究意义与应用价值。
介质谐振器天线由于其良好的特性，该良好的特性包括低损耗，低成本和高设计灵活性，而被认为是无线通信系统的理想选择。为实现高效率，本设计采用了介质谐振器天线方案。目前，为了解决传统介质谐振器天线体积过大的问题，学术界提出了平面介质谐振器天线和密集电介质贴片天线等低剖面介质谐振器天线技术。然而，低剖面介质谐振器天线通常带宽较窄，典型值为小于5％。为了获得宽带的低剖面介质谐振器天线，一些宽带技术得以提出，例如：通过将馈电缝隙的模式和介质谐振器的模式结合起来形成双模工作，但缝隙模式有较大的反向辐射，导致天线增益较低；增大介质谐振器的长高比，将高阶模式下移和基模合并从而形成双模，但此类技术不可避免的增大了天线的平面尺寸，导致其难以应用于阵列设计；利用层叠结构获得双模宽带的效果，但此类技术会导致天线的剖面过高，不符合轻薄化的发展需求；通过寄生单元来增加带宽，但现有技术均采用沿单一方向拓展放置，这导致天线在一个维度上尺寸过大，例如沿x轴方向，从而引起方向图性能恶化，例如E面H面方向图不对称，以及不利于天线进行二维布阵应用等缺陷。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提出了一种兼具高增益、小型化、低剖面、以及易于布阵等优点的一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线。
本发明为实现上述发明目的，采取的技术方案如下：
一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线，包括自下而上依次层叠设置的下介质基板、金属地板及上介质基板，所述下介质基板的下表面设置用于馈电的微带传输线结构；所述微带传输线结构设置在下介质基板的中心线上；所述上介质基板的上表面设置寄生介质片子阵、介质带条及L形金属带条；所述介质带条设置在上介质基板的中心线上；所述介质带条的两侧排列设置寄生介质片子阵；所述寄生介质片子阵远离介质带条的端角设置L形金属带条；所述介质带条的一端连接探针馈电结构的上端；所述金属地板的表面设置带过孔；所述探针馈电结构通过带过孔从上至下贯通上介质基板与下介质基板；所述探针馈电结构的下端与微带传输线结构的一端连接。
进一步的作为本发明的优选技术方案，所述寄生介质片子阵采用二维排布的2×2寄生介质片子阵；所述二维排布的2×2寄生介质片子阵的四个端角分别连接四个L形金属带条。
进一步的作为本发明的优选技术方案，所述介质带条为低剖面矩形介质贴片，通过胶水粘在上介质基板的中心处。
进一步的作为本发明的优选技术方案，所述上介质基板、下介质基板均采用介电常数为3.55与损耗角正切值为0.0027的Rogers4003C印刷电路板材制成。
本发明所述的一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明提供一种兼具高增益、小型化、低剖面、以及易于布阵等优点的宽带介质谐振器天线；该天线采用探针馈电给介质带条进行馈电并通过在介质带条四周耦合寄生介质片子阵的方法获得了两个谐振模式；本发明的介质带条采用高介电常数的介质贴片，因此具有极低的剖面高度，本发明采用寄生介质片子阵，因此可实现方形的平面口径，方向图对称，辐射性能良好。同时，平面尺寸较小，可以方便地拓展为天线阵列。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图；
图3是本发明的侧视结构示意图；
图4是本发明天线的|S11|和增益的仿真结果示意图；
图5是本发明在9.4GHz频率上E面的天线仿真方向图；
图6是本发明在9.4GHz频率上H面的天线仿真方向图；
图7是本发明在10.6GHz频率上E面的天线仿真方向图；
图8是本发明在10.6GHz频率上H面的天线仿真方向图；
附图中，1-寄生介质片子阵；2-介质带条；3-L形金属带条；4-上介质基板；5-探针馈电结构；6-金属地板；7-下介质基板；8-微带传输线结构。
具体实施方式
下面结合附图详细的描述本发明的作进一步的解释说明,以使本领域的技术人员可以更深入地理解本发明并能够实施,但下面通过参考实例仅用于解释本发明,不作为本发明的限定。
如图1至图3所示，一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线，包括自下而上依次层叠设置的下介质基板7、金属地板6及上介质基板4，下介质基板7的下表面设置用于馈电的微带传输线结构8；微带传输线结构8设置在下介质基板7的中心线上；上介质基板4的上表面设置寄生介质片子阵1、介质带条2及L形金属带条3；介质带条2设置在上介质基板4的中心线上；介质带条2的两侧排列设置寄生介质片子阵1；寄生介质片子阵1远离介质带条2的端角设置L形金属带条3；介质带条2的一端连接探针馈电结构5的上端；金属地板6的表面设置带过孔；探针馈电结构5通过带过孔从上至下贯通上介质基板4与下介质基板7；探针馈电结构5的下端与微带传输线结构8的一端连接。
寄生介质片子阵1采用二维排布的2×2寄生介质片子阵；二维排布的2×2寄生介质片子阵的四个端角分别连接四个L形金属带条3。介质带条2为低剖面矩形介质贴片，通过胶水粘在上介质基板4的中心处。
本发明上介质基板4上表面的介质带条2为本发明天线的主谐振器，寄生介质片子阵1为本发明天线的寄生谐振器，主谐振器与寄生谐振器一起构成了介质谐振器天线主从辐射结构。射频激励信号由底层的微带传输线结构8馈入，通过探针馈电结构5对介质谐振器天线进行馈电。本发明中，主谐振器即介质带条2受探针激励可产生一个谐振模式(TE111)，然后该模式耦合激励位于其四周的寄生谐振器产生另一个寄生模式(TE111)，从而实现宽带的效果。L形金属带条3用于寄生谐振器即寄生介质片子阵1的安装定位，也有利于消除一些杂散模式。
本发明采用二维排布的2×2寄生介质片子阵，利用探针馈电给介质带条2进行馈电再通过耦合寄生谐振器的方式获得了主-寄生两个谐振模式，阻抗带宽呈现宽带特性，覆盖范围为8.99GHz-11.43GHz(24％)，增益达到7.92dBi。本发明采用高介电常数的介质贴片，因此具有极低的剖面高度，天线整体高度仅为0.07λ0；本发明采用二维排布的2×2寄生介质片子阵，因此可实现方形的平面口径，方向图对称，辐射性能良好。同时，平面尺寸较小，约为0.47λ0*0.47λ0，可以方便地拓展为天线阵列。
本发明采用低剖面的介质谐振器整体结构，包含一个主谐振器即介质带条和一个呈二维分布的寄生谐振器即2×2介质片子阵，介质带条2被放置在2×2介质片子阵中间。这种整体排布方式在实现宽带低剖面的同时，可保持较小的方形平面尺寸以及良好的辐射特性。本发明的天线结构有利于探针馈电方式的实现，探针馈电相比于缝隙馈电没有背向辐射，高效易集成，被AiP天线等高集成度天线系统所广泛采用。本发明天线中心频率被设计10.21GHz，但不仅限于10.21GHz，该设计技术可应用于其他频段。
本发明采用的低介电常数介质基板的介电常数为3.55，损耗角为0.0027，底层介质基板厚度为0.813mm，中间层介质基板厚度为0.305mm；高介电常数介质贴片的介电常数为45，损耗角为0.00019，厚度为1mm。整体剖面高度2.118mm(～0.07λ0)，平面尺寸32mm×32mm(～0.47λ*0.47λ0)。天线的传输响应和辐射响应如图4所示，对于|S11|≤-10dB，带宽范围为8.99-11.43GHz，最大增益为7.92dBi。图5是本发明在9.4GHz频率上E面的天线仿真方向图；图6是本发明在9.4GHz频率上H面的天线仿真方向图；图7是本发明在10.6GHz频率上E面的天线仿真方向图；图8是本发明在10.6GHz频率上H面的天线仿真方向图；天线的方向图对称，交叉极化在3-dB波束范围内优于15dB。
本发明提供一种兼具高增益、小型化、低剖面、以及易于布阵等优点的宽带介质谐振器天线；该天线采用探针馈电给介质带条2进行馈电并通过在介质带条2四周耦合寄生介质片子阵1的方法获得了两个谐振模式，阻抗带宽呈现宽带特性覆盖范围为8.99GHz-11.43GHz(24％)，增益达到7.92dBi。介质带条2采用高介电常数的介质贴片，因此具有极低的剖面高度，天线整体高度仅为0.07λ0；本发明采用二维排布的2×2寄生介质片子阵，因此可实现方形的平面口径，方向图对称，辐射性能良好。同时，平面尺寸较小，约为0.47λ0*0.47λ0，可以方便地拓展为天线阵列。
以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线，包括自下而上依次层叠设置的下介质基板(7)、金属地板(6)及上介质基板(4)，其特征在于，所述下介质基板(7)的下表面设置用于馈电的微带传输线结构(8)；所述微带传输线结构(8)设置在下介质基板(7)的中心线上；所述上介质基板(4)的上表面设置寄生介质片子阵(1)、介质带条(2)及L形金属带条(3)；所述介质带条(2)设置在上介质基板(4)的中心线上；所述介质带条(2)的两侧排列设置寄生介质片子阵(1)；所述寄生介质片子阵(1)远离介质带条(2)的端角设置L形金属带条(3)；所述介质带条(2)的一端连接探针馈电结构(5)的上端；所述金属地板(6)的表面设置带过孔；所述探针馈电结构(5)通过带过孔从上至下贯通上介质基板(4)与下介质基板(7)；所述探针馈电结构(5)的下端与微带传输线结构(8)的一端连接；所述寄生介质片子阵(1)采用二维排布的2×2寄生介质片子阵；所述二维排布的2×2寄生介质片子阵的四个端角分别连接四个L形金属带条(3)。
2.根据权利要求1所述的探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线，其特征在于，所述介质带条(2)为低剖面矩形介质贴片，通过胶水粘在上介质基板(4)的中心处。
3.根据权利要求1所述的探针馈电的低剖面宽带介质谐振器天线，其特征在于，所述上介质基板(4)、下介质基板(7)均采用介电常数为3.55与损耗角正切值为0.0027的Rogers4003C印刷电路板材制成。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113281684B (zh) * 2021-04-02 2022-05-20 广东工业大学 一种宽带谐振磁场探针
CN113708046B (zh) * 2021-08-01 2023-07-25 南通大学 一种小型化宽带圆极化三维打印混合介质谐振器天线

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7548138B2 (en) * 2005-09-29 2009-06-16 Intel Corporation Compact integration of LC resonators
WO2015089643A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-25 Tayfeh Aligodarz Mohammadreza Dielectric resonator antenna arrays
CN104810606B (zh) * 2015-03-12 2018-01-12 电子科技大学 一种宽带介质谐振天线
CN206834330U (zh) * 2017-05-23 2018-01-02 华南理工大学 基于双模谐振器的fdd天线
CN110165404B (zh) * 2019-06-12 2020-11-27 南通大学 具有各向异性特性的宽带低剖面介质贴片天线

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