CN210576417U - 一种共形水介质谐振器天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共形水介质谐振器天线，包括：纯净水、玻璃容器、地板、介质基板、馈线、水阀；所述玻璃容器与介质谐振器共形，玻璃容器固定于介质基板中部；介质基板下表侧贴合覆盖地板；介质基板上表侧和玻璃容器的左侧、顶部分别贴合覆盖馈线；所述天线由馈线馈电，然后电磁波能量通过馈线激励起介质谐振器模式。本实用新型的优点在于：由于为共形结构，拥有极低的剖侧，减少天线在竖直方向占用的空间大小；加工容易；穿戴结构，应用领域广泛且应用场景灵活；由于水的流动性，透明特性，具有频率可重构性；拥有更宽的带宽。

Description

一种共形水介质谐振器天线

技术领域

本实用新型涉及无线通信领域，特别涉及一种共形水介质谐振器天线。

背景技术

随着无线通信技术的快速发展，人们对无线通信设备的便携性要求也越来越高，各种可穿戴设备层出不穷，这就促使无线通信设备要朝着共形化方向发展。

目前为止，行业内的共形天线大多基于微带天线，该种天线采用柔性基板如：1、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乳酸、相纸等有机柔性介质；2、毛毡、纺布等织物编织而成。其金属贴片应用柔性铜箔或者导电织物。但是，介质谐振器天线并未实际应用于低剖面共形设备中，而介质谐振器天线相比于微带天线，拥有宽带宽、高极化纯度、高设计自由度、多辐射模式等诸多有点，可以进一步满足共形系统对天线的要求。

纯净水(又称蒸馏水)是一种高介电常数的液体介质，用来制作天线时，是一种特殊的液态介质谐振天线。通过合适激励起天线谐振模式，使电磁波在介质不连续处产生辐射。与传统金属天线相比，水介质谐振天线有许多独特的优点，包括：成本低，结构紧凑(纯净水介电常数在100MHz，20℃时，约为78，制作天线，其高介电常数可使天线尺寸明显减小)，易重构，容易馈电(固体介质在馈电时，馈电结构和介质之间容易产生缝隙，影响天线性能)，隐身性能好，便于运输，透明环保。这些独特的优势使纯净水天线有望在一些特殊用途中取代现有的金属天线，克服现有天线可重构性差、隐形困难的不足，因此，该项技术具有广阔的应用前景和科研价值。

纯净水介质谐振天线设计目前主要面临两方面的问题：1、纯净水天线的品质因数高(Quality Factor,Q)天线的带宽较窄，对一些宽带的应用有局限性；2、纯净水的流动性，透明性等多种优势还未完全发挥，水是一种适用于可重构液体天线的液体材料，在不借助外界有源器件的基础上，可形成一些结构相对复杂、固体材料不易形成的天线结构。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的缺陷，提供了一种共形水介质谐振器天线，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上实用新型目的，本实用新型采取的技术方案如下：

一种共形水介质谐振器天线，包括：纯净水1、玻璃容器2、地板3、介质基板4、馈线5、水阀6；

所述介质基板4与玻璃容器2共形，玻璃容器2固定于介质基板4上表面中部；

介质基板4下表面贴合覆盖地板3，地板3材料为铜箔；馈线5从介质基板4的一端沿着上表面延伸至玻璃容器2的侧面顶部；

所述天线由馈线5馈电，然后电磁波能量通过馈线5激励起介质谐振器模式，玻璃容器2和纯净水1构成介质谐振器。

水阀6用于纯净水1的注入和流出，水阀6有两个，分别位于玻璃容器2的侧壁顶部和底部，顶部的水阀6用于注入纯净水1，底部的水阀6用于排出纯净水1。

进一步地，玻璃容器2采用树脂玻璃制成，相对介电常数5.5，厚度为5mm，宽边长度为57mm，内径为185mm，外径为233mm，弧度为60度；

水阀6直径为4mm，长度为5mm，水阀6轴线位于坐标轴yoz平面内平行于y轴，位于玻璃容器2底部的水阀6轴线距离y轴63.3mm，位于玻璃容器2顶部的水阀6轴线距离y轴94.3mm。

进一步地，介质基板4采用Teflon材料制成，介质基板4的相对介电常数是2.1，厚度为0.8mm，宽度为300mm，内径为185mm，外径为185.8mm,弧度为90度。

进一步地，馈线5贴合于介质基板4上表面以及玻璃容器2的左侧和顶面，馈线5为铜微带线，馈线5宽度为2.5mm，长度为104.5mm，馈线5轴线与介质基板4宽边中线重合48.4mm，馈线5轴线与玻璃容器2左侧中线重合48mm，馈线5轴线与玻璃容器2顶部中线重合8.1mm。

与现有技术相比本实用新型的优点在于：

1.通过分析共形水介质谐振器天线内场分布与边界结构，构建了精确的近似模型。

2.通过采用柱面波函数，基于精确模型，理论求解得共形水介质谐振器的谐振频率与内场。

3.通过介质基板与介质谐振器共形，可应用于弯曲表面，适用于可穿戴设备；总体结构简洁，且配备了成熟的理论求解与设计方法，大大减少设计与应用难度。该天线基于介质谐振器天线设计，相比于传统的微带天线，拥有更宽的带宽。易于理解，可移植性强。

4.通过利用水的高介电常数特性，可实现天线紧凑型设计，金属天线和介电常数较低的介质谐振天线尺寸较大，而纯净水天线可以获得较小的尺寸。

5.通过利用水的流动性，透明特性，可调节介质谐振器的纵向结构，获得较多的工作状态，实现天线的频率可重构性。

附图说明

图1是本实用新型实施例共形水介质谐振器天线的主视图；

图2是本实用新型实施例共形水介质谐振器天线的左视图；

图3是本实用新型实施例共形水介质谐振器天线的俯视图；

图4是本实用新型的共形水介质谐振器天线340MHz到380MHz频段的S11参数；

图5是本实用新型的共形水介质谐振器天线在工作频率下的增益；

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并列举实施例，对本实用新型做进一步详细说明。

一种共形水介质谐振器天线天线，包括：纯净水1、玻璃容器2、地板3、介质基板4、馈线5、水阀6；

介质基板4与玻璃容器2共形，玻璃容器2固定于介质基板4上表面中部；

介质基板4下表面贴合覆盖地板3，地板3材料为铜箔；

所述天线由馈线5馈电，然后电磁波能量通过馈线5激励起介质谐振器模式，玻璃容器2和纯净水1构成介质谐振器，水阀6的外表面与玻璃容器2一侧面的内部贴合。

玻璃容器2采用树脂玻璃制成，相对介电常数5.5，厚度为5mm，宽边长度为57mm，内径为185mm，外径为233mm，弧度为60度，水阀6用于纯净水1的注入和流出，水阀6直径为4mm，长度为5mm，水阀6的外表面与玻璃容器2的前面内部贴合，水阀6轴线位于坐标轴yoz平面内平行于y轴，位于玻璃容器2前面底部的水阀6轴线距离y轴63.3mm，位于玻璃容器2前面顶部的水阀6轴线距离y轴94.3mm。

介质基板4采用Teflon材料制成，介质基板4的相对介电常数是2.1，厚度为0.8mm，宽度为300mm，内径为185mm，外径为185.8mm,弧度为90度。

馈线5为铜微带线，馈线5从介质基板4的一端沿着上表面延伸至玻璃容器2的侧面顶部，馈线5宽度为2.5mm，长度为104.5mm，馈线5轴线与介质基板4宽边中线重合48.4mm，馈线5轴线与玻璃容器2左面中线重合48mm，馈线5轴线与玻璃容器2顶面中线重合8.1mm。从而使该天线与馈电结构良好匹配。

本实用新型的天线采用侧向馈电。这样做的目的是为了减少天线在竖直方向占用的空间大小。

本实用新型的共形水介质谐振器天线及其理论的设计与工作原理如下：采用圆柱坐标系下的本征模方法，在单模假设的前提下，利用分离变量法求解天线的谐振频率与内场分布；在求得天线的理论谐振模式之后，按照传统的天线馈电理论得到馈电结构的参数，馈线5处为天线内电场较强，且方向与馈线电场方向一致，使能量通过馈线5耦合到天线中，激励起所需介质谐振器模式。

该天线基于介质谐振器天线设计，相比于传统的微带天线，拥有更宽的带宽。得益于其弧形结构，给天线可应用于共形可穿戴设备。利用水的高介电常数特性，可实现天线紧凑型设计。利用水的流动性，透明特性，可调节介质谐振器的纵向结构，实现天线的频率可重构性。

图4是本实用新型的共形水介质谐振器天线340MHz到380MHz频段的S11参数。

图5是本实用新型的共形水介质谐振器天线在工作频率下的增益。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的实施方法，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种共形水介质谐振器天线，其特征在于，包括：纯净水(1)、玻璃容器(2)、地板(3)、介质基板(4)、馈线(5)、水阀(6)；

所述介质基板(4)与玻璃容器(2)共形，玻璃容器(2)固定于介质基板(4)上表面中部；

介质基板(4)下表面贴合覆盖地板(3)，地板(3)材料为铜箔；馈线(5)从介质基板(4)的一端沿着上表面延伸至玻璃容器(2)的侧面顶部；

所述天线由馈线(5)馈电，然后电磁波能量通过馈线(5)激励起介质谐振器模式，玻璃容器(2)和纯净水(1)构成介质谐振器；

水阀(6)用于纯净水(1)的注入和流出，水阀(6)有两个，分别位于玻璃容器(2)的侧壁顶部和底部，顶部的水阀(6)用于注入纯净水(1)，底部的水阀(6)用于排出纯净水(1)。

2.根据权利要求1所述的一种共形水介质谐振器天线，其特征在于：玻璃容器(2)采用树脂玻璃制成，相对介电常数5.5，厚度为5mm，宽边长度为57mm，内径为185mm，外径为233mm，弧度为60度；

水阀(6)直径为4mm，长度为5mm，水阀(6)轴线位于坐标轴yoz平面内平行于y轴，位于玻璃容器(2)底部的水阀(6)轴线距离y轴63.3mm，位于玻璃容器(2)顶部的水阀(6)轴线距离y轴94.3mm。

3.根据权利要求1所述的一种共形水介质谐振器天线，其特征在于：介质基板(4)采用Teflon材料制成，介质基板(4)的相对介电常数是2.1，厚度为0.8mm，宽度为300mm，内径为185mm，外径为185.8mm,弧度为90度。

4.根据权利要求1所述的一种共形水介质谐振器天线，其特征在于：馈线(5)贴合于介质基板(4)上表面以及玻璃容器(2)的左侧和顶面，馈线(5)为铜微带线，馈线(5)宽度为2.5mm，长度为104.5mm，馈线(5)轴线与介质基板(4)宽边中线重合48.4mm，馈线(5)轴线与玻璃容器(2)左侧中线重合48mm，馈线(5)轴线与玻璃容器(2)顶部中线重合8.1mm。

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