CN115458945A - 一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，包括介质基板，其上表面设有接地平面，其下表面设有馈电网络，其侧面设有一个全向端口和两个定向端口；接地平面设有介质谐振器元件和矩形槽；全向端口的馈电信号通过馈电网络和矩形槽到达谐振器元件，激励其第一工作模式；两个定向端口的馈电信号通过馈电网络和矩形槽到达谐振器元件，分别激励其第二、第三工作模式；全向端口与任一定向端口构成方向图分集天线；两个定向端口构成极化分集天线。本申请无需寄生物，免去了在介质谐振器元件上打孔的步骤，通过合理馈电布局将三个端口进行两两结合，实现槽激励且具有极化和方向图分集特性的谐振器天线，可同时实现定向模式和全向模式。

Description

一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别涉及一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线。

背景技术

目前，介质谐振器天线以其重量轻、损耗低、透明以及易于激发等优点得到广泛的研究和学习。通讯系统中为了克服电磁信号在空中产生的衰落效应，采用天线分集的接收方法，天线分集可以有效地提高通信信道的性能，越来越受到欢迎。因此，人们一直在努力设计分集介质谐振器天线。单元件的分集天线主要有两种分集类型，即极化分集或者方向图分集。为了进一步提高分集介质谐振器天线的通信性能，已经尝试将极化分集和方向图分集相结合。

目前，研究者大多使用双端口的极化分集或者方向图分集天线来实现单元件的分集介质谐振器天线，鲜少有研究者将极化分集和方向图分集这两种分集方式相结合。并且，根据目前对分集介质谐振器天线的研究资料，可以得知最常见的单元件分集介质谐振器天线是使用轴向探针馈电来实现的。然而，这种方法需要在易碎的介质谐振器上钻孔以容纳探头，无疑增加了介质谐振器天线的制造难度。

基于上述现有技术中存在的问题，如何在免除打孔工艺的条件下，在天线上将极化分集和方向图分集这两种分集方式相结合，成为本领域中亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，免除打孔工艺，无需寄生物，通过合理的馈电布局实现槽激励且具有极化分集特性和方向图分集特性的介质谐振器天线。

本发明解决其技术问题的解决方案是：提供一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，包括介质基板；

所述介质基板的上表面设置有接地平面，所述接地平面远离所述介质基板的一面设置有介质谐振器元件和四个呈对称分布的矩形槽，所述介质基板的下表面布置有用于馈电的馈电网络；

所述介质基板的侧面设置有全向端口、第一定向端口和第二定向端口；

所述馈电网络用于激励所述介质谐振器元件的天线工作模式，所述天线工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式中的至少一种，所述第一工作模式为全向模式，所述第二工作模式和所述第三工作模式均为定向模式；

其中，所述全向端口用于被激励时向所述馈电网络馈入馈电信号，所述全向端口馈入的馈电信号通过所述馈电网络和所述矩形槽到达所述介质谐振器元件，激励所述介质谐振器元件的所述第一工作模式；

所述第一定向端口和所述第二定向端口用于被激励时向所述馈电网络馈入馈电信号，所述第一定向端口和所述第二定向端口馈入的馈电信号通过所述馈电网络和所述矩形槽到达所述介质谐振器元件，分别激励所述介质谐振器元件的所述第二工作模式和所述第三工作模式；

在所述第一工作模式和/或所述第二工作模式和/或第三工作模式下，所述全向端口与所述第一定向端口或所述第二定向端口中的任一个共同作用，构成具有方向图分集特性的介质谐振器天线，所述第一定向端口与所述第二定向端口共同作用，构成具有极化分集特性的介质谐振器天线。

作为上述技术方案的进一步改进，所述馈电网络包括：功分器、第一环形耦合器和第二环形耦合器，所述第一环形耦合器设置有第一连接点、第二连接点、第三连接点和第七连接点，所述第二环形耦合器设置有第四连接点、第五连接点、第六连接点和第八连接点；

其中，所述功分器为威尔金森功分器；

所述全向端口通过传输线与所述功分器连接，所述功分器通过传输线与所述第一连接点连接，所述第一环形耦合器通过第二连接点延伸出第一信号支路，并通过第三连接点延伸出第二信号支路；所述功分器还通过传输线与所述第四连接点连接，所述第二环形耦合器通过第五连接点延伸出第三信号支路，并通过第六连接点延伸出第四信号支路；

所述第一定向端口通过传输线与所述第七连接点连接；所述第二定向端口通过传输线与所述第八连接点连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述功分器用于在所述全向端口被激励时，接收全向端口的馈电能量，并将所述全向端口的馈电能量等分为第一馈电能量和第二馈电能量并分别输出至所述第一环形耦合器和所述第二环形耦合器；

所述第一环形耦合器用于在所述全向端口被激励时，接收所述第一馈电能量并输出第一全向馈电信号至所述第一信号支路和所述第二信号支路，所述第一信号支路和所述第二信号支路的末端输出全向馈电能量；

所述第二环形耦合器用于在所述全向端口被激励时，接收所述第二馈电能量并输出第二全向馈电信号至所述第三信号支路和所述第四信号支路，所述第三信号支路和所述第四信号支路的末端输出全向馈电能量；

其中，第一全向馈电信号和第二全向馈电信号的功率和相位均相等；

所述全向馈电能量用于通过矩形槽激励所述介质谐振器元件的所述第一工作模式。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一环形耦合器还用于在所述第一定向端口被激励时，接收所述第一定向端口的馈电能量，并输出第一定向馈电信号至所述第一信号支路和所述第二信号支路，所述第一信号支路和所述第二信号支路的末端输出定向馈电能量；

所述第二环形耦合器还用于在所述第二定向端口被激励时，接收所述第二定向端口的馈电能量，并输出第二定向馈电信号至所述第三信号支路和所述第四信号支路，所述第三信号支路和所述第四信号支路的末端输出定向馈电能量；

其中，所述第一定向馈电信号和所述第二定向馈电信号的功率相同，所述第一定向馈电信号和所述第二定向馈电信号的相位差为180°；

所述第一信号支路和所述第二信号支路的末端输出的定向馈电能量用于通过所述矩形槽激发所述介质谐振器元件的所述第二工作模式；

所述第三信号支路和所述第四信号支路的末端输出的定向馈电能量用于通过所述矩形槽激发所述介质谐振器元件的所述第三工作模式。

作为上述技术方案的进一步改进，所述介质基板的直径为90毫米，其厚度为0.63毫米，其介电常数为6.15。

作为上述技术方案的进一步改进，所述介质谐振器元件的直径为62毫米，其厚度为8.20毫米，其介电常数为6.85。

作为上述技术方案的进一步改进，四个所述矩形槽围绕所述介质基板的中心分布，四个所述矩形槽均由覆铜蚀刻而成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述矩形槽的尺寸为

毫米

毫米，任意一个所述矩形槽与所述介质基板的中心的间距为6毫米。

作为上述技术方案的进一步改进，所述介质谐振器天线所应用的频段范围为5.725GHz至5.850GHz。

作为上述技术方案的进一步改进，所述介质谐振器元件为K9玻璃圆柱体。

本发明的有益效果是：提供一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，该天线使用四条矩形槽来激励介质谐振器的第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式中的至少一种，第一工作模式为全向模式，第二工作模式和第三工作模式为定向模式。本申请提供的天线无需寄生物，免去了在介质谐振器元件上打孔的步骤，通过合理的馈电布局将全向端口、第一定向端口和第二定向端口这三个端口进行两两结合，实现槽激励且具有极化和方向图分集特性的圆柱形介质谐振器天线，可同时实现定向模式和全向模式，方便天线和微波电路的集成，提高无线链路的接收能力，进一步地提升通信性能，并实现不同的辐射方向图。

附图说明

图1为本申请实施例提供的介质谐振器天线的爆炸图；

图2为本申请实施例提供的介质谐振器天线的俯视图；

图3为本申请实施例提供的介质谐振器天线的侧视图；

图4A为本申请实施例提供的介质谐振器天线的各端口的反射系数值图；

图4B为本申请实施例提供的介质谐振器天线的各端口的隔离度值图；

图5为本申请实施例提供的馈电网络的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的馈电网络的信号支路的分布示意图；

图7A为本申请实施例提供的介质谐振器天线的全向端口的辐射方向图；

图7B为本申请实施例提供的介质谐振器天线的第一定向端口的辐射方向图；

图7C为本申请实施例提供的介质谐振器天线的第二定向端口的辐射方向图；

图8为本申请实施例提供的介质谐振器天线的天线增益图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下面结合说明书附图和具体的实施例对本申请进行进一步的说明。所描述的实施例不应视为对本申请的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

对本申请实施例进行进一步详细说明之前，对本申请实施例中涉及的名词和术语进行说明，本申请实施例中涉及的名词和术语适用于如下的解释。

（1）全向天线，即具有全向模式的天线。全向天线在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线具有结构简单、成本较低的优点，但其增益低，并且抗干扰性差。目前，全向天线在移动通信系统中一般应用于郊县大区制的站型，覆盖范围大。

（2）定向天线，即具有定向模式的天线。定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。定向天线在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。定向天线具有增益高、抗干扰性强以及可以采用频率复用等优点，但其结构较全向天线而言更为复杂。

（3）极化分集特性，为天线的分集形式之一。极化分集为利用两个互相正交的极化方式分别传递两种信号，以节省频带资源。

（4）方向图分集特性，为天线的分集形式之一。天线的方向图分集性能可以实现不同的辐射方向图。它可以同时定位两个或多个天线元件，使天线系统的总尺寸变小。

目前的通讯系统采用天线分集的接收方法，以克服电磁信号在空中产生的衰落效应。天线分集可以分为方向图分集和极化分集两种形式。在本技术领域中，通常通过双端口的极化分集天线或方向图分集天线即可实现分集天线，但却鲜少有研究者将这两种分集形式结合。而目前较为常见的单元件分集介质谐振器天线是使用轴向探针馈电，这种方法需要在易碎的介质谐振器上钻孔以容纳探头，增加了介质谐振器天线的制造难度，不利于介质谐振器天线的制作。

对此，本申请提出一种免除打孔工艺、平面槽馈电、单元件的三端口分集圆柱形介质谐振器天线，该天线使用四条矩形槽310来激励介质谐振器的全向模式和定向模式，无需寄生物，免去了在介质谐振器元件200上打孔的步骤。本申请提供的天线通过合理的馈电布局，将全向端口110、第一定向端口120和第二定向端口130这三个端口进行两两结合，实现槽激励且具有极化和方向图分集特性的圆柱形介质谐振器天线，可同时实现定向模式和全向模式，方便天线和微波电路的集成。

参照图1至图3所示，图1所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的爆炸图；图2所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的俯视图；图3所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的侧视图。本申请的一个实施例，下面将对本申请提供的介质谐振器天线的构成进行说明和阐述。

该介质谐振器天线包括：

介质基板100，分为第一表面和第二表面，介质基板100用于承载接地平面300、介质谐振器元件200和馈电网络400。可以理解的是，第一表面为介质基板100的上表面，是接近介质谐振器元件200的一面；第二表面为介质基板100的下表面，是远离介质谐振器元件200的一面。介质基板100的四周设置有三个端口，分别为全向端口110、第一定向端口120和第二定向端口130。这三个端口可以理解为馈电点。全向端口110/第一定向端口120和第二定向端口130在被激励时馈入对应的馈电信号至馈电网络400。

需要说明的是，介质基板100和介质谐振器元件200均为圆柱体。

可选地，介质基板100的直径为90毫米，其厚度为0.63毫米，其介电常数为6.15。

接地平面300，位于第一表面。接地平面300远离介质基板100的一面通过覆铜蚀刻而形成四个矩形槽310，四个矩形槽310分别为第一矩形槽311、第二矩形槽312、第三矩形槽313和第四矩形槽314。第一矩形槽311和第二矩形槽312沿接地平面300的中心线呈镜像对称，第三矩形槽313和第四矩形槽314沿接地平面300的中心线呈镜像对称。

可选地，矩形槽310的宽度为3毫米，矩形槽310的长度为17.5毫米。

可选地，每个矩形槽310和介质谐振器元件200的中心之间的距离为6毫米。需要说明的是，由于介质谐振器元件200设置在介质基板100的中心，因此介质谐振器元件200的中心和介质基板100的中心一样。例如，第一矩形槽311和介质谐振器元件200的中心之间的距离为6毫米，第二矩形槽312和介质谐振器元件200的中心之间的距离为6毫米，那么第一矩形槽311和第二矩形槽312的间距为12毫米。

介质谐振器元件200，位于接地平面300远离介质基板100的一侧，被激励时进入对应的天线工作模式。

可选地，介质谐振器元件200的直径为62毫米，其厚度为8.20毫米，其介电常数为6.85。

可选地，介质谐振器元件200为K9玻璃圆柱体。

馈电网络400，位于第二表面，用于进行馈电并激励介质谐振器元件200的工作模式，使得介质谐振器元件200进入对应的天线工作模式。

需要说明的是，天线工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式中的至少一种。

需要说明的是，第一工作模式为全向模式，第二工作模式和第三工作模式均为定向模式。

进一步地，馈电网络400的作用是根据全向端口110馈入的馈电信号激励介质谐振器元件200的第一工作模式，和/或根据第一定向端口120馈入的馈电信号激励介质谐振器元件200的第二工作模式，和/或根据第二定向端口130馈入的馈电信号激励介质谐振器元件200的第三工作模式，以产生第一电磁场、第二电磁场和第三电磁场，进而达到构成具有极化分集特性和方向图分集特性的介质谐振器天线的目的。

在本具体实施例中，馈电网络400接收全向端口110被激励时产生的馈电信号并进行馈电，输出全向馈电能量。全向馈电能量经矩形槽310到达介质谐振器元件200，使得介质谐振器元件200被激励为第一工作模式，即形成第一工作模式的天线。

第一定向端口120和第二定向端口130被激励时产生的馈电信号,馈电网络400接收第一定向端口120所输入的馈电信号，将第一定向端口120的馈电信号进行馈电后，输出第一定向馈电能量。第一定向馈电能量经矩形槽310输出至介质谐振器元件200，使得介质谐振器元件200被激励为第二工作模式，即形成具有第二工作模式的天线。馈电网络400接收第二定向端口130所输入的馈电信号，将第二定向端口130的馈电信号进行馈电后，输出第二定向馈电能量。第二定向馈电能量经矩形槽310输出至介质谐振器元件200，使得介质谐振器元件200被激励为第三工作模式，即形成具有第三工作模式的天线。

更进一步地，当介质谐振器元件200被激励为第一工作模式和/或第二工作模式和/或第三工作模式时，全向端口110和任一定向端口共同作用，即全向端口110和第一定向端口120作用，或者全向端口110和第二定向端口130作用，进而构成具有方向图分集特性的天线。第一定向端口120与第二定向端口130作用，构成具有极化分集特性的天线。

具体地，介质谐振器元件200被激励后构成具有第一工作模式和/或第二工作模式和/或第三工作模式的天线，天线辐射产生第一电磁场、第二电磁场和第三电磁场。具体地，处于第一工作模式中的天线辐射产生第一电磁场；处于第二工作模式的天线辐射产生第二电磁场；而处于第三工作模式的天线辐射产生第三电磁场。其中，第二电磁场和第三电磁场互相正交。由于第二电磁场和第三电磁场互相正交，第一定向端口120和第二定向端口130共同形成具有极化分集特性的天线；而全向端口110则可以与任一定向端口形成具有方向图分集特性的天线。

需要说明的是，第一电磁场被布置为一个全向的电磁场，即无方向性的电磁场。

需要说明的是，第二电磁场被布置为一个定向的宽边极化电磁场。第三电磁场则被布置为与第二电磁场正交的宽边极化电磁场。

本申请中，第一定向端口120、第二定向端口130均具有定向辐射的功能，或者说可以激励介质谐振器元件200进入第二工作模式和/或第三工作模式。馈电网络400接收第一定向端口120产生的第一电磁场，接收第二定向端口130产生的第二电磁场。第一电磁场和第二电磁场相互正交，进而形成了极化分集天线。极化分集基于极化路径不相关这一特性，在传输信道的反射过程中，不同极化方向上的信号变成相互独立或者接近相互独立。本申请通过第一定向端口120和第二定向端口130所形成的极化分集天线可以提高无线链路的接收能力。再者，全向端口110具有全向辐射的功能，或者说可以激励介质谐振器元件200进入第一工作模式。激励介质谐振器元件200进入第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式后，第一工作模式为全向模式，第二工作模式和第三工作模式为定向模式，全向端口110与任意一个定向端口形成方向图分集天线。

本申请提供的介质谐振器天线的三个端口两两组合，使得全向模式和两个定向模式得以激发，形成具有极化分集特性和方向图分集特性的天线，可以同时实现定向模式和/或全向模式，方便天线和微波电路的集成，提高无线链路的接收能力，进一步地提升通信性能，并实现不同的辐射方向图。

可选地，本申请提供的介质谐振器天线可以应用于5.725GHz至5.85GHz范围的频段。优选地，该天线应用于WLAN-5.8GHz的频段。

参照图4A所示，图4A所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的各端口的反射系数值图。反射系数是指天线馈电端口的反射波电压和入射波电压的比值。在图4A中，

表示第一定向端口120的反射系数，

为第二定向端口130的反射系数，

为全向端口110的反射系数。通过图4A可以得知，本申请提供的介质谐振器天线的各端口的反射系数值具有一定的合理性。

参照图4B所示，图4B所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的各端口的隔离度值图。为了降低信号的干扰，天线的各馈电点之间需要具有一定的隔离度，隔离度取决于天线辐射方向图和空间距离及其增益。图4B中

表示第一定向端口120和第二定向端口130之间的隔离度，

表示第一定向端口120和全向端口110之间的隔离度，

表示第二定向端口130和全向端口110之间的隔离度。通过图4B可以得知，本申请提供的介质谐振器天线的各端口的隔离度具有一定的合理性。

参照图5和图6所示，图5为本申请实施例提供的馈电网络的结构示意图；图6为本申请实施例提供的馈电网络的信号支路的分布示意图。本申请的一个实施例，下面将对馈电网络400的构成进行进一步地说明和阐述。

馈电网络400包括功分器410、第一环形耦合器420和第二环形耦合器430。第一环形耦合器420上布置有第一连接点421、第二连接点422和第三连接点423；第二环形耦合器430上布置有第四连接点431、第五连接点432和第六连接点433。全向端口110经传输线连接功分器410，功分器410经传输线连接第一连接点421，第二连接点422延伸出一条信号支路，记作第一信号支路L1。第三连接点423延伸出一条信号支路，记作第二信号支路L2。另外，功分器410经传输线连接第四连接点431，第五连接点432延伸出一条信号支路，记作第三信号支路L3。第六连接点433延伸出一条信号支路，记作第四信号支路L4。

可选地，功分器410为威尔金森功分器。威尔金森功分器的作用是将输入信号等分或不等分地分配至各个输出端口，并保持相同的输出相位。

可选地，功分器410上设置有隔离电阻，隔离电阻的阻值为100欧姆。隔离电阻的作用是提高隔离度和增加辐射带宽。

进一步地，在全向端口110被激励时，即有馈电信号输入至全向端口110中并进入馈电网络400中时，功分器410的作用是接收全向端口110的馈电信号的馈电能量，将能量等分为两路能量分别发送至两个环形耦合器。其中，等分为两路的能量分别为第一馈电能量和第二馈电能量。

第一环形耦合器420的作用是提供两路相同功率和相位的信号。具体地，第一环形耦合器420经第一连接点421接收等分后的第一馈电能量，并通过第二连接点422和第三连接点423分别输出功率为P，相位为

的第一全向馈电信号至第一信号支路L1和第二信号支路L2。第一信号支路L1和第二信号支路L2均在其末端输出全向馈电能量。

第二环形耦合器430的作用是提供两路相同功率和相位的信号。具体地，第二环形耦合器430经第四连接点431接收到等分后的第二馈电能量后，通过第五连接点432和第六连接点433分别输出功率为P，相位为

的第二全向馈电信号至第三信号支路L3和第四信号支路L4。第三信号支路L3至第四信号支路L4均在其末端输出全向馈电能量。四路信号支路输出的全向馈电能量通过矩形槽310到达介质谐振器元件200，激励介质谐振器元件200的第一工作模式，即全向模式，使得天线全向辐射。

进一步地，第一环形耦合器420布置有第七连接点424，第二环形耦合器430布置有第八连接点434。第七连接点424经传输线连接第一定向端口120，第八连接点434经传输线连接第二定向端口130。

更进一步地，在第一定向端口120和第二定向端口130均被激励时，即有馈电信号输入至两个定向端口中并进入馈电网络400中时，第一环形耦合器420的作用是接收第一定向端口120的馈电信号的馈电能量，经第二连接点422输出功率为P，相位为

的第一定向馈电信号至第一信号支路L1，经第三连接点423输出功率为P，相位为

的第二定向馈电信号至第二信号支路L2。第一信号支路L1和第二信号支路L2均在其末端输出定向馈电能量。

需要说明的是，

。

更进一步地，在第一定向端口120和第二定向端口130均被激励时，第二环形耦合器430的作用是接收第二定向端口130的馈电信号的馈电能量，经第五连接点432输出功率为P，相位为

的第三定向馈电信号至第三信号支路L3；经第六连接点433输出功率为P，相位为

的第四信号支路L4。之后，第三信号支路L3至第四信号支路L4均在其末端输出定向馈电能量。

第一信号支路L1和第二信号支路L2输出的定向馈电能量通过矩形槽310到达介质谐振器元件200，激励介质谐振器元件200的第二工作模式。而第三信号支路L3和第四信号支路L4的定向馈电能量同样通过矩形槽310到达介质谐振器元件200，激励介质谐振器元件200的第三工作模式，使得天线实现定向辐射。

需要说明的是，

。

可选地，第一信号支路L1至第四信号支路L4的末端均有微带线440，微带线440为超过馈电缝隙多出来的一部分存根长度。其中，微带线440的长度为3.4毫米。可选地，第一信号支路L1至第四信号支路L4的宽度为0.92毫米。

参照图7A所示，图7A所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的全向端口的辐射方向图。该辐射方向图为

平面和H面（x-z平面）的辐射方向图。通过图7A可以看出，全向端口110具有全向辐射的功能。在

的方向上，全向端口110在频率为5.68GHz处获得最大增益，最大增益为6.33dBi。全向端口110与任意一个定向端口形成方向图分集天线。在本申请提供的介质谐振器天线中，三个端口组合形成一个具有极化分集特性和方向图分集特性的天线，并且可以同时实现定向模式和全向模式。

参照图7B和图7C所示，图7B所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的第一定向端口120的辐射方向图，该辐射方向图为E面（y-z平面）和H面（x-z平面）的辐射方向图。图7C所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的第二定向端口130的辐射方向图，该辐射方向图为E面（x-z平面）和H面（y-z平面）的辐射方向图。通过图7B和图7C可以看出，第一定向端口120、第二定向端口130具有定向辐射的功能。在

的方向上，交叉极化场比主极化场弱20dB以上。第一定向端口120的极化场和第二定向端口130的极化场相互正交，形成极化分集天线。

基于上述实施例，参照图8所示，图8所示为本申请实施例提供的介质谐振器天线的天线增益图，图8中的“端口1”为第一定向端口120；“端口2”为第二定向端口130；“端口3”为全向端口110。全向端口110的观察方向为

。第一定向端口120和第二定向端口130的观察方向为

。通过图8可以得知，第一定向端口120在5.89GHz处获得最大增益8.13dBi，第二定向端口130在5.88GHz处获得最大增益7.95dBi，全向端口110在5.68GHz处获得最大增益6.33dBi。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或装置不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或装置固有的其他步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性、机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机、服务器或者网络装置等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

Claims (10)

1.一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，包括介质基板；

所述介质基板的上表面设置有接地平面，所述接地平面远离所述介质基板的一面设置有介质谐振器元件和四个呈对称分布的矩形槽，所述介质基板的下表面布置有用于馈电的馈电网络；

所述介质基板的侧面设置有全向端口、第一定向端口和第二定向端口；

所述馈电网络用于激励所述介质谐振器元件的天线工作模式，所述天线工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式中的至少一种，所述第一工作模式为全向模式，所述第二工作模式和所述第三工作模式均为定向模式；

其中，所述全向端口用于被激励时向所述馈电网络馈入馈电信号，所述全向端口馈入的馈电信号通过所述馈电网络和所述矩形槽到达所述介质谐振器元件，激励所述介质谐振器元件的所述第一工作模式；

所述第一定向端口和所述第二定向端口用于被激励时向所述馈电网络馈入馈电信号，所述第一定向端口和所述第二定向端口馈入的馈电信号通过所述馈电网络和所述矩形槽到达所述介质谐振器元件，分别激励所述介质谐振器元件的所述第二工作模式和所述第三工作模式；

在所述第一工作模式和/或所述第二工作模式和/或第三工作模式下，所述全向端口与所述第一定向端口或所述第二定向端口中的任一个共同作用，构成具有方向图分集特性的介质谐振器天线，所述第一定向端口与所述第二定向端口共同作用，构成具有极化分集特性的介质谐振器天线。

2.根据权利要求1所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述馈电网络包括：功分器、第一环形耦合器和第二环形耦合器，所述第一环形耦合器设置有第一连接点、第二连接点、第三连接点和第七连接点，所述第二环形耦合器设置有第四连接点、第五连接点、第六连接点和第八连接点；

其中，所述功分器为威尔金森功分器；

所述全向端口通过传输线与所述功分器连接，所述功分器通过传输线与所述第一连接点连接，所述第一环形耦合器通过第二连接点延伸出第一信号支路，并通过第三连接点延伸出第二信号支路；所述功分器还通过传输线与所述第四连接点连接，所述第二环形耦合器通过第五连接点延伸出第三信号支路，并通过第六连接点延伸出第四信号支路；

所述第一定向端口通过传输线与所述第七连接点连接；所述第二定向端口通过传输线与所述第八连接点连接。

3.根据权利要求2 所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述功分器用于在所述全向端口被激励时，接收全向端口的馈电能量，并将所述全向端口的馈电能量等分为第一馈电能量和第二馈电能量并分别输出至所述第一环形耦合器和所述第二环形耦合器；

所述第一环形耦合器用于在所述全向端口被激励时，接收所述第一馈电能量并输出第一全向馈电信号至所述第一信号支路和所述第二信号支路，所述第一信号支路和所述第二信号支路的末端输出全向馈电能量；

所述第二环形耦合器用于在所述全向端口被激励时，接收所述第二馈电能量并输出第二全向馈电信号至所述第三信号支路和所述第四信号支路，所述第三信号支路和所述第四信号支路的末端输出全向馈电能量；

其中，第一全向馈电信号和第二全向馈电信号的功率和相位均相等；

所述全向馈电能量用于通过矩形槽激励所述介质谐振器元件的所述第一工作模式。

4.根据权利要求3所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述第一环形耦合器还用于在所述第一定向端口被激励时接收所述第一定向端口的馈电能量，并输出第一定向馈电信号至所述第一信号支路和第二定向馈电信号至所述第二信号支路，所述第一信号支路和所述第二信号支路的末端输出定向馈电能量；

所述第二环形耦合器还用于在所述第二定向端口被激励时接收所述第二定向端口的馈电能量，并输出第三定向馈电信号至所述第三信号支路和第四定向馈电信号至所述第四信号支路，所述第三信号支路和所述第四信号支路的末端输出定向馈电能量；

其中，所述第一定向馈电信号和所述第二定向馈电信号的功率相同，所述第一定向馈电信号和所述第二定向馈电信号的相位差为180°；

其中，所述第三定向馈电信号和所述第四定向馈电信号的功率相同，所述第三定向馈电信号和所述第四定向馈电信号的相位差为180°；

所述第一信号支路和所述第二信号支路的末端输出的定向馈电能量用于通过所述矩形槽激发所述介质谐振器元件的所述第二工作模式；

所述第三信号支路和所述第四信号支路的末端输出的定向馈电能量用于通过所述矩形槽激发所述介质谐振器元件的所述第三工作模式。

5.根据权利要求1所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述介质基板的直径为90毫米，其厚度为0.63毫米，其介电常数为6.15。

6.根据权利要求1所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器元件的直径为62毫米，其厚度为8.20毫米，其介电常数为6.85。

7.根据权利要求1所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，四个所述矩形槽围绕所述介质基板的中心分布，四个所述矩形槽均由覆铜蚀刻而成。

8.根据权利要求1所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述矩形槽的尺寸为

毫米

毫米，任意一个所述矩形槽与所述介质基板的中心的间距为6毫米。

9.根据权利要求1所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器天线所应用的频段范围为5.725GHz至5.850GHz。

10.根据权利要求1所述的一种槽激励的极化和方向图分集介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器元件为K9玻璃圆柱体。

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