CN113193370A - 一种基于模式正交的自双工介质谐振器天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于模式正交的自双工介质谐振器天线，属于天线技术领域。该天线包括介质基板、覆盖于介质基板上表面的金属接地板、介质谐振器、分别设置于介质基板上下的两个馈电结构、以及两个馈电端口；第一馈电结构为缝隙耦合馈电结构，第二馈电结构为CPW转平面贴片馈电结构。通过两个馈电结构分别激励模式正交的
Figure DDA0003043606690000011
与
Figure DDA0003043606690000012
两个模式，两端口间具有较高的隔离度，且两个模式均在同一介质体上激励，减小了天线尺寸。本发明在不引入额外滤波网络以及双工器的前提下，具有小型化、宽宽带、高增益、高隔离的特性，适用场景广阔。

Description

一种基于模式正交的自双工介质谐振器天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种产生具有模式正交的自双工介质谐振器天线。
背景技术
近年来，为了实现小型化、高隔离度等技术需求，自双工天线引起了人们的广泛关注。国内外学者将双频天线与双工器融合到一起进行整体设计，发展出“self-diplexingantenna”的概念，即自双工天线的理念。在不引入双工器的情况下，天线两个端口的工作频段不同，且端口间具有较高的隔离水平，从而减小了系统整体尺寸，提高了整体性能。与微带天线相比，介质天线具有体积小、辐射效率高、形状和馈电网络具有通用性的特点，受到了人们的广泛关注。自双工介质天线也因其所具有的极大研究价值，走进了人们的视野中。
自双工天线的概念被提出后，引起了海内外学者的广泛关注。在现有的自双工天线设计中，一般是简单的将双工器和天线进行紧凑化设计或在双频天线的两端引入滤波电路来实现自双工天线的性能，这种设计思路只能在一定程度上缩减电路尺寸，并没有将天线与双工器真正的融合起来，并且引入双工器会不可避免的带来插入损耗，影响了天线的辐射效率。还有一种设计思路是通过分别激励设置在不同层的天线单元，使天线获得较高的隔离水平，但这种天线整体尺寸较大，限制了天线的使用场景。因此急需一款小型化、高辐射效率的自双工天线。介质谐振器天线因其带宽宽、易激励、设计灵活的特点，被广泛应用于天线设计中，然而现有的报道中并没有采用介质天线形式设计的自双工天线，因此，本发明提出了一款具有小型化、高隔离、高辐射效率的自双工介质谐振器天线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有自双工特性的介质谐振器天线，在实现天线小型化设计的基础上，通过不同的馈电方式分别激励天线的两个正交的工作模式，使天线工作在不同频段。由于引入的模式正交且馈电结构相互独立，两频段信号相互独立，因此两端口间具有较高的隔离度。该设计避免了双工器的引入，减小了插入损耗，节约了双工电路尺寸，通过在同一天线单元激励不同模式，实现了天线的小型化，达到了自双工天线的技术效果。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种基于模式正交的自双工介质谐振器天线，包括介质基板(1)、覆盖于介质基板上表面的金属接地板(2)、介质谐振器(3)、馈电结构(4～7)、以及天线的两个馈电端口(8、9)。
所述介质谐振器(3)为设置于金属接地板(2)上表面中部的长方体状的介质块。
所述馈电结构(4～7)包括第一馈电结构、第二馈电结构；其中，所述第一馈电结构包括设置于介质谐振器(3)正下方的长条形缝隙(5)、以及设置于介质基板下表面的微带馈线(4)，所述微带馈线(4)与长条形缝隙(5)的投影正交；所述微带馈线(4)与介质基板的边重合的一端为第一馈电端口(8)；所述第二馈电结构包括设置于介质基板上表面的CPW馈线(6)、以及设置于介质谐振器(3)侧面的矩形金属贴片(7)，所述CPW馈线(6)与微带馈线(4)的投影正交；所述CPW馈线(6)与介质基板的边重合的一端为第二馈电端口(9)，另一端连接矩形金属贴片(7)。
本发明中，第一馈电结构为缝隙耦合馈电结构，第二馈电结构为CPW(共面波导)转平面贴片馈电结构。通过第一馈电结构与第二馈电结构分别激励
Figure BDA0003043606670000021
与
Figure BDA0003043606670000022
两个模式，两种馈电结构互相独立，互不影响。所激励的两个模式正交，基于模式正交的天线辐射特性，两端口间具有较高的隔离度，且两个模式均在同一介质体上激励，减小了天线尺寸。本发明在不引入额外滤波网络以及双工器的前提下，具有小型化、宽宽带、高增益、高隔离的特性，适用场景广阔。
附图说明
图1为本实施例天线的结构示意图。图2为本发明实施例天线的端口S参数。
图3为本发明实施例天线一端口激励时天线的二维辐射远场方向图。
图4为本发明实施例天线二端口激励时天线的二维辐射远场方向图。
附图标记说明：1.介质基板，2.金属接地板3.介质谐振器，4.微带馈线，5.长条形缝隙，6.CPW馈线，7.矩形金属贴片，8.第一馈电端口，9.第二馈电端口。
具体实施方式
为了深入了解本发明，使本发明的目的、采用的技术方案以及优点更加清楚明了，现结合附图以及实施例对本发明天线作进一步地全面描述。
参见图1，本发明的一种基于模式正交的自双工介质谐振器天线，包括介质基板(1)、覆盖于介质基板上表面的金属接地板(2)、介质谐振器(3)、位于介质基板上下表面的第一馈电结构、第二馈电结构(4～7)、以及天线的第一馈电端口(2)，第二馈电端口(9)。
所述馈电结构(4～7)包括第一馈电结构、第二馈电结构；其中，所述第一馈电结构包括设置于介质谐振器(3)正下方的长条形缝隙(5)、以及设置于介质基板下表面的微带馈线(4)，所述微带馈线(4)与长条形缝隙(5)的投影正交设置，微带馈线(4)的一端为第一馈电端口(8)、且与介质基板的边重合；所述第二馈电结构包括设置于介质基板上表面的CPW馈线(6)、以及设置于介质谐振器(3)侧面的矩形金属贴片(7)，所述CPW馈线(6)与微带馈线的投影正交设置，CPW馈线(6)的一端为第二馈电端口(9)、且与介质基板的边重合，另一端连接矩形金属贴片(7)。
所使用的介质基板(1)采用的材料为Rogers RO3006，相对介电常数为6.15，介电损耗为0.0025，长宽均为50mm，厚度为0.635mm。
所使用的覆盖于介质基板上表面的金属接地板(2)为铜板，厚度为0.035mm。
所使用的矩形介质体放置在介质基板上方中心处，长10mm，宽6mm，高4mm，相对介电常数10.2。
第一馈电结构(4、5)中，微带馈线(4)厚度为0.035mm，置于介质基板下表面，线宽为0.9mm；长条形缝隙(5)是在金属接地板上的开槽，长为4.1mm,宽为1mm。第二馈电结构(6、7)中，CPW馈线(6)线宽1.4mm，单侧缝隙宽为0.25mm,矩形金属贴片(7)的宽为1.4mm，长为3.1mm，厚度为0.035mm。且微带馈线(4)、长条形缝隙(5)、CPW馈线(6)的中线均与介质基板的中线重合。
当天线两端口分别激励时，第一馈电端口(8)工作在低频频段，第二馈电端口(9)工作在高频频段。
在本实施例中，参见图2所示，天线两端口S参数中可以看出，图2中本发明天线-10dB的匹配带宽分别在9.06-9.83GHz、8.41-9.04GHz两个频段，天线工作带内隔离抑制优于-40dB。天线在两个频带内均具有良好的电特性指标，且两端口间隔离度较高。
参见图3所示，在本实施例中，当天线第一馈电端口激励时，本天线低频段的二维远场辐射方向图，表明了天线具有良好的辐射特性。
参见图3所示，在本实施例中，当天线第二馈电端口激励时，本天线高频段的二维远场辐射方向图，表明了天线具有良好的辐射特性。
以上所述的具体实施例，仅为本发明的一种实施方式，其描述较为具体，但不能把此当作对本发明适用范围的限制。需要说明的是，对于本专业领域的技术人员而言，在不脱离本发明主旨构思的前提下，可以对本申请进行若干变形与改进，这些依然在本发明的保护范围内。因此，本申请的具体保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种基于模式正交的自双工介质谐振器天线，包括介质基板(1)、覆盖于介质基板上表面的金属接地板(2)、介质谐振器(3)、馈电结构(4～7)、以及天线的两个馈电端口(8、9)；
所述介质谐振器(3)为设置于金属接地板(2)上表面中部的长方体状的介质块；
所述馈电结构(4～7)包括第一馈电结构、第二馈电结构；其中，所述第一馈电结构包括设置于介质谐振器(3)正下方的长条形缝隙(5)、以及设置于介质基板下表面的微带馈线(4)，所述微带馈线(4)与长条形缝隙(5)的投影正交；所述微带馈线(4)与介质基板的边重合的一端为第一馈电端口(8)；所述第二馈电结构包括设置于介质基板上表面的CPW馈线(6)、以及设置于介质谐振器(3)侧面的矩形金属贴片(7)，所述CPW馈线(6)与微带馈线(4)的投影正交；所述CPW馈线(6)与介质基板的边重合的一端为第二馈电端口(9)，另一端连接矩形金属贴片(7)。
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