CN202616414U - 超宽带h型交叉式介质谐振器天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超宽带H型交叉式介质谐振器天线。它包括介质基板、金属地板、介质基板上的直微带馈线和单极子天线，介质基板上放置一个交叉的H型介质谐振器，交叉式的结构使H型介质谐振器嵌在介质基板的两侧，单极子天线在介质谐振器正面的下端开孔内，直微带馈线上端与单极子天线相连接，直微带馈线终端接同轴接头。本实用新型结构简单，尺寸较小，带宽较大，能够有效的覆盖FCC规定的频率要求即3.1～10.6GHz，且方向性好，具有较高的增益和辐射效率，非常适合现代超宽带无线通信的小型化发展需求和应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种超宽带H型交叉式介质谐振器天线，特别涉及一种利用H型交叉式介质谐振器和单极子天线结合来共同实现超宽带的天线，具有超宽带天线工作带宽，该天线可以作为超宽带无线通信终端天线。
背景技术
根据美国联邦通信委员会FCC(Federal Communication committee)2002年公布的标准：绝对带宽大于500MHz，或相对带宽大于20％，工作频带在3.1～10.6GHz。超宽带通信的特点是传输速率＞100Mb/s，传输距离较小，功率也极小。在无线通信与雷达成像方面有潜在的应用前景。
介质谐振器自从作为辐射器用作天线以来，介质谐振器天线由于其体积小，重量轻，成本低，易集成，以及没有表面波损耗和金属损耗，辐射效率高，馈电方式灵活多变等优点在现代无线通信中得到了越来越广泛的应用。但是介质谐振器由于其Q值较高，带宽相对较窄。在最近一些关于介质谐振器宽带研究中，利用对介质谐振器结构、大小、馈电形式等方法的选择和改进来提高介质谐振器天线的带宽，但其相对带宽依然有限，且天线的体积较大。文献(Xian-LingLiang，Denidni，T.A.，“H-Shaped Dielectric Resonator Antenna for WidebandApplications，”Antennas and Wireless Propagation Letters，IEEE，Volume：7，Publication Year：2008，Page(s)：163-166.)通过改变介质谐振器的结构和馈电结构，采用H型的介质谐振器配上倒梯形馈电片进行馈电，介质谐振器介电常数εr＝9.8，阻抗带宽3.61～6.85GHz，相对带宽62％，天线尺寸55mm×60mm，厚度达13mm。文献(Xian-Ling Liang，Denidni，T.A.，Li-Na Zhang，“WidebandL-Shaped Dielectric Resonator Antenna With a Conformal Inverted-TrapezoidalPatch Feed，”Antennas and Propagation，IEEE Transactions on，Volume：57，Issue：1，Publication Year：2009，Page(s)：271-274.)通过改变介质谐振器的结构，采用L型的介质谐振器配上倒梯形馈电片进行馈电，介质谐振器介电常数εr＝9.8，阻抗带宽3.87～8.17GHz，相对带宽71％，天线尺寸60mm×60mm，厚度近20mm。上述研究并没有充分的发挥带宽的优势和有效减小天线的体积结构，所以充分扩大带宽并且面向小型化发展是现代超宽带天线亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服介质谐振器天线带宽窄和体积大的缺点，提供一种超宽带H型交叉式介质谐振器天线，该天线不仅具有较好的超宽带特性，有效覆盖了FCC规定的工作频段，具有较高的增益和辐射效率，并且方向性优异，具有全向辐射特性。该天线结构简单，尺寸较小，成本低，便于批量生产，适用于现代各种宽带和超宽带场合的应用。
本实用新型的主要构思是：本实用新型主要是采用H型介质谐振器和单极子天线共同来展宽介质谐振器天线的带宽，采用了交叉式的结构使H型介质谐振器嵌在介质基板的两侧，其中所采用的介质谐振器可以引入更多的谐振点，并且介质谐振器的交叉式的对称结构使得天线具有全向辐射特性和E平面上较小的交叉极化。
本实用新型的超宽带介质谐振器天线包括介质基板、金属地板、介质基板上的直微带馈线和单极子天线，介质基板上放置一个交叉的H型介质谐振器，交叉式的结构使H型介质谐振器嵌在介质基板的两侧，单极子天线在介质谐振器正面的下端开孔内，直微带馈线上端与单极子天线相连接，直微带馈线终端接同轴接头。
所述金属地板为矩形板，放置在介质基板的反面。
所述介质谐振器外形为H型，为交叉式的设计，交叉放置在介质基板的正反两面，且所述介质谐振器为高介电常数物质，介电常数εr≥9.5。
所述单极子天线位于介质谐振器正面的H型的下端开孔内，贴着介质谐振器，单极子天线的形状为矩形，或者有开孔或减角的矩形。
所述直微带馈线与单极子天线相连并为其馈电，直微带馈线的特性阻抗为50Ω，终端接同轴接头。
本实用新型的有益技术效果体现在几个方面：
1.结构简单，体积小，重量轻。本实用新型的超宽带介质谐振器天线主要由一个H型的介质谐振器、一个单极子天线、金属地板和介质基板组成，结构简单，容易加工。并且体积较小，例如频率范围在4.2～10.9GHz的天线，尺寸仅为15mm×30.5mm，厚度为5.762mm，很大程度上减小了天线的体积和重量。
2.带宽理想。本实用新型的超宽带介质谐振器天线主要从H型的介质谐振器和单极子天线两方面来增加天线的带宽。例如频率范围在4.2～10.9GHz的天线，相对带宽达到89％，符合并充分利用了FCC所规定的3.1～10.6GHz的工作频带。
3.具有良好的辐射方向图。本实用新型的超宽带介质谐振器天线具有优良的全向辐射特性，并且其交叉的H型介质谐振器结构使得天线在E面具有较小的交叉极化。
4.该天线具有较高的增益和辐射效率。本实用新型的超宽带介质谐振器天线在整个工作频带范围都具有较高的增益和辐射效率，其中辐射效率达95％以上。
附图说明
图1是本实用新型实施例1的结构示意图。
图2是本实用新型实施例1的平面示意图，其中左：正面，中：侧面，右：反面。
图3是本实用新型实施例1的反射系数测量结果。
图4是本实用新型实施例1的输入电压驻波比测量结果。
图5是本实用新型实施例1在5GHz的辐射方向图，其中左：H平面方向图，右：E平面方向图。
图6是本实用新型实施例1在7GHz的辐射方向图，其中左：H平面方向图，右：E平面方向图。
图7是本实用新型实施例1在9GHz的辐射方向图，其中左：H平面方向图，右：E平面方向图。
具体实施方式
本实用新型的优选实施例(结合附图)详述如下：
实施例1：结合图1、图2，本实施例的超宽带H型交叉式介质谐振器天线，它包括介质基板1、金属地板2、介质基板1上的直微带馈线5和单极子天线4，其特征在于所述介质基板1上放置一个交叉的H型介质谐振器3，交叉式的结构使H型介质谐振器3嵌在介质基板1的两侧，单极子天线4在介质谐振器3正面的下端开孔内，直微带馈线5上端与单极子天线4相连接，直微带馈线5终端接同轴接头。其中：介质谐振器介电常数为9.8，固定在介电常数为2.94的介质基板上，介质基板Ls＝30.5mm，Ws＝15mm，厚度为0.762mm；天线长同Ls，宽同Ws，厚度为5.762mm；介质谐振器Ld＝18.5mm，宽同Ws，厚度为5mm，其中正面部分D1＝2.881mm，反面部分D2＝2.119mm；单极子天线Lp＝7.5mm，Wp＝8mm，开口长度a＝1mm；直微带馈线Lf＝12mm，Wf＝2mm；金属地板Lg＝11.5mm，宽同Ws，介质谐振器和金属地板之间距离g＝0.5mm。
实施例1尺寸仅为15mm×30.5mm，厚度为5.762mm，很大程度上减小了天线的体积和重量。
实施例1的反射系数测量结果示于图3，输入电压驻波比测量结果示于图4，可以观察到其工作频带为4.2～10.9GHz，相对带宽达到89％，具有良好的超宽带特性，符合并充分利用了FCC所规定的3.1～10.6GHz的工作频带。
实施例1在5、7、9GHz的辐射方向图分别示于图5-图7，可以观察到该天线具有优良的方向性，具有良好的全向辐射特性，并且得益于其交叉的H型介质谐振器结构使得天线在E面具有较小的交叉极化。
实施例2：结合图1、图2，本实施例与实施例1相同，特别之处在于实施例1介质谐振器3的介电常数εr＝9.8，而本实施例中介质谐振器3的介电常数εr＝10.2，其他尺寸都相同。
Claims (7)
1.一种超宽带H型交叉式介质谐振器天线，它包括介质基板(1)、金属地板(2)、介质基板(1)上的直微带馈线(5)和单极子天线(4)，其特征在于所述介质基板(1)上放置一个交叉的H型介质谐振器(3)，交叉式的结构使H型介质谐振器(3)嵌在介质基板(1)的两侧，单极子天线(4)在介质谐振器(3)正面的下端开孔内，直微带馈线(5)上端与单极子天线(4)相连接，直微带馈线(5)终端接同轴接头。
2.根据权利要求1所述的超宽带H型交叉式介质谐振器天线，其特征在于所述介质基板(1)为矩形板。
3.根据权利要求1所述的超宽带H型交叉式介质谐振器天线，其特征在于所述金属地板(2)为矩形板，放置在介质基板(1)的反面。
4.根据权利要求1所述的超宽带H型交叉式介质谐振器天线，其特征在于所述介质谐振器(3)外形为H型，为交叉式的设计，交叉放置在介质基板(1)的正反两面。
5.根据权利要求1所述的超宽带H型交叉式介质谐振器天线，其特征在于所述介质谐振器(3)为高介电常数物质，介电常数εr≥9.5。
6.根据权利要求1所述的超宽带H型交叉式介质谐振器天线，其特征在于所述单极子天线(4)位于介质谐振器(3)正面的H型的下端开孔内，贴着介质谐振器(3)，单极子天线(4)的形状为矩形，或者有开孔或减角的矩形。
7.根据权利要求1所述的超宽带H型交叉式介质谐振器天线，其特征在于所述直微带馈线(5)与单极子天线(4)相连并为其馈电，直微带馈线(5)的特性阻抗为50Ω，终端接同轴接头。
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