CN215221012U - 一种介质谐振器天线 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及通信技术领域，提供一种介质谐振器天线，包括：覆铜底板，所述覆铜底板上设置有馈电微带线和感应槽，所述馈电微带线连接所述感应槽，用于为感应槽提供激励源；所述感应槽上设置有介质谐振器，所述介质谐振器顶部设置有多个空气孔，且从空气孔分布的中心区域至边缘区域，多个所述空气孔的深度逐渐减小。在实际应用过程中，通过在所述介质谐振器内部钻孔，引入介电常数较低的空气，以达到降低介电常数的目的，在采用介电常数较高的介质谐振器后，也可以避免介电常数增加后，引起品质因子的增加，保证所述一种介质谐振器天线产生较宽的带宽。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种介质谐振器天线。
背景技术
随着技术的日益发展，移动数据的使用量也随之激增，激增的使用量将进一步产生无线频谱资源不足的问题。而宽带无线通信技术由于具有传输速率高、信息容量大等特点，成为解决目前无线频谱资源紧张的有效途径，因而得到快速发展。对于宽带系统，天线的带宽越宽，其天线数量可以相应减少，从而降低宽带系统的成本。
当前5G技术、物联网和无人驾驶等领域的快速发展以及场景应用的多样化，对天线各方面的性能指标要求也越来越高，尤其到了高频的毫米波和太赫兹技术飞速发展的阶段，金属天线在高频段所存在的导体损耗，严重限制了其辐射效率及应用范围。例如，通过两个窄缝隙辐射的微带天线，虽然可以通过选择不同的介质基板控制尺寸，但其较高的加工公差以及金属在高频(如毫米波和太赫兹频段)损耗较大，所以严重影响其小型化以及带宽的增加。
实用新型内容
为了适应高频毫米波和太赫兹频段的带宽需求，本申请实施例提供一种介质谐振器天线。
一种介质谐振器天线，包括：覆铜底板，所述覆铜底板上设置有馈电微带线和感应槽，所述馈电微带线连接所述感应槽，用于为感应槽提供激励源；
所述感应槽上设置有介质谐振器，所述介质谐振器顶部设置有多个空气孔，且从空气孔分布的中心区域至边缘区域，多个所述空气孔的深度逐渐减小。
可选的，所述感应槽为矩形槽，且所述矩形槽的长度为La，宽度为Wa，且La＝λ0，
其中，λ0是矩形槽所产生谐振的中心频率自由空间的波长，εeff是介质谐振器的有效介电常数。
可选的，所述矩形槽的长度La＝13mm，宽度Wa＝5mm。
可选的，所覆铜底板的介电常数为3.0，厚度为0.762mm。
可选的，所述馈电微带线11的末端连接所述感应槽12的中心位置。
可选的，多个空气孔在所述介质谐振器顶部呈现中心对称分布，且与对称点距离相同的多个空气孔的深度相同。
可选的，所述介质谐振器从顶部至底部被划分为多个孔层，多个所述空气孔之间的深度差为孔层高度的整数倍。
可选的，同一个孔层的多个所述空气孔被分为多个单元蜂窝，同一个单元蜂窝的空气孔直径及孔距满足以下关系：
其中，
为单元蜂窝的填充因子，s是相邻空气孔之间的距离，d是空气孔的直径。
可选的，多个孔层中每一个孔层均分布有空气孔,所述孔层的数量为。
可选的，所述介质谐振器为圆柱体，且高度为3.8mm，直径为4mm。
由以上技术方案可知，本申请提供一种介质谐振器天线，包括：覆铜底板，所述覆铜底板上设置有馈电微带线和感应槽，所述馈电微带线连接所述感应槽，用于为感应槽提供激励源；所述感应槽上设置有介质谐振器，所述介质谐振器顶部设置有多个空气孔，且从空气孔分布的中心区域至边缘区域，多个所述空气孔的深度逐渐减小。
在实际应用过程中，通过在所述介质谐振器内部钻孔，引入介电常数较低的空气，以达到降低介电常数的目的，在采用介电常数较高的介质谐振器后，也可以避免介电常数增加后，引起品质因子的增加，保证所述一种介质谐振器天线产生较宽的带宽。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种介质谐振器天线的整体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的馈电微带线和感应槽的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的介质谐振器的孔层侧视结构示意图；
图4为本申请实施例提供的介质谐振器的孔层俯视结构示意图；
图5为本申请实施例提供的单元蜂窝的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的介质谐振器天线引入空气孔与无空气孔的带宽对比图。
图中，1-覆铜底板，11-馈电微带线,12-感应槽，2-介质谐振器，21-空气孔。
具体实施方式
为了适应高频毫米波和太赫兹频段的带宽需求，本申请实施例提供一种介质谐振器天线。如图1所示，为本申请实施例提供的一种介质谐振器天线的整体结构示意图。所述一种介质谐振器天线包括覆铜底板1，所述覆铜底板1上设置有馈电微带线11和感应槽12，所述馈电微带线11连接所述感应槽12，用于为感应槽12提供激励源，所述感应槽12上设置有介质谐振器2。
所述介质谐振器2的形状为圆柱形，并将所述介质谐振器2设置在一个开有感应槽12的覆铜底板1上，覆铜底板1的另一面设置有馈电微带线11，作为作为激励源，所述覆铜底板1的介电常数为3.0，厚度为0.762mm，所述感应槽12蚀刻在所述覆铜底板1上。
圆柱形的介质谐振器2直接设置在所述感应槽12上，可以有效防止馈电微带线11直接激励介质谐振器2所产生的其它耦合或者假辐射。具体的，所述馈电微带线11的末端连接所述感应槽12的中心位置，馈电微带线11通过在末尾开路端产生最大的电流去激励介质谐振器2的中心，从而产生一个强的磁耦合。同时，该介质谐振器2自身也产生一个谐振，可以进一步的拓展带宽。
其中，所述感应槽12为矩形槽，且矩形槽的长度和宽度满足以下关系：
La＝λ0；
λ0是矩形槽所产生谐振的中心频率自由空间的波长，εeff是介质谐振器的有效介电常数，具体的，在本申请的部分实施例中，将所述感应槽12的长度设置为La＝13mm，宽度设置为Wa＝5mm。
当介质谐振器2的介电常数过小，会破坏介质谐振12收集和储存能量的能力，所以为了在馈源与介质谐振器2之间产生强电耦合，所述介质谐振器2必须采用介电常数较高的材料。但是，根据比列变换原理，当一个天线符合比例变化原理，其具有宽带特性。
其中，Q为介质谐振器2的品质因子，ε0为介质谐振器2的初始介电常数，
为有空气孔21的介质谐振器2的填充因子，Stored Energy表示储存能量，Radiated Power表示辐射功率，Volume表示介质谐振器2的体积，Surface表示机械谐振器2顶部的面积。
所以介电常数增加后，其品质因子Q也随之增加，从而导致更多的电磁能量被束缚在介质谐振器2内部，无法有效的辐射出去，最终导致天线产生的带宽变窄。
为了解决这一技术问题，在本申请实施例中，所述介质谐振器2顶部设置有多个空气孔21，通过在所述介质谐振器2内部钻孔，引入介电常数较低的空气，以达到降低介电常数εeff的目的。如图3所示，为本申请实施例提供的介质谐振器的孔层侧视结构示意图，图3中，A1至A4分别表示4个孔层的空气孔21的分布状态，从空气孔21分布的中心区域至边缘区域，多个所述空气孔21的深度逐渐减小，使得引入的空气量从介质谐振器2的顶部至底部逐渐减小，从而使介质谐振器2不同高度的介电常数有序变化，根据比列变换原理，当一个天线符合比例变化原理，其具有宽带特性。
需要说明的是，为了便于描述，本申请将介质谐振器2上远离所述覆铜底板1的一端称为顶部，靠近所述覆铜底板1的一端称为底部。
进一步的，如图5所示，为本申请实施例提供的单元蜂窝的结构示意图，在本申请的部分实施例中，同一个孔层的多个所述空气孔21被分为多个单元蜂窝，同一个单元蜂窝的空气孔21直径及孔距满足以下关系：
其中，
为单元蜂窝的填充因子，s是相邻空气孔21之间的距离，d是空气孔21的直径。
具体的，一个单元蜂窝的填充因子满足
其中，A0是孔的面积，A是单元蜂窝的区域面积。通过简化，一个矩形网格的填充因子可以写成：
通过静态容性模型的初始公式，可以计算开设空气孔21后的介质谐振器2的有效介电常数εeff：
进一步的，如图3所示，在本申请的部分实施例中，所述介质谐振器2为圆柱体，且高度为3.8mm，直径为4mm。
进一步的，如图4所示，为本申请实施例提供的介质谐振器的孔层俯视结构示意图，图4中，A1至A4分别表示4个孔层的空气孔21的分布状态，在本申请的部分实施例中，多个空气孔21在所述介质谐振器2顶部呈现中心对称分布，且与对称点距离相同的多个空气孔21的深度相同，其中，所述对称点是指在介质谐振器2顶部平面上，空气孔21分布的几何中心。
进一步的，如图3所示，在本申请的部分实施例中，所述介质谐振器2从顶部至底部被划分为多个孔层，多个所述空气孔21之间的深度差为孔层高度的整数倍，即，所述空气孔21的深度会到达某一孔层的底部，还不会处于中间的中间高度，多个孔层中每一个孔层均分布有空气孔21,所述孔层的数量为4。
为了更清楚的说明本申请实施例提供的一种介质谐振器的效果，如图6所示，为本申请实施例提供的介质谐振器天线引入空气孔与无空气孔的带宽对比图，其中，横坐标为天线辐射频率，纵坐标为表示天线辐射性能的水平方向图S11，实线部分为引入空气孔21后，介质谐振器天线的带宽与频率关系示意图，虚线部分为无空气孔的介质谐振器天线的带宽与频率关系示意图，从图中可以得出，当介质谐振器天线引入空气孔21后，在反射系数为-9dB(图中横虚线)的情况下，带宽从18.2(图中指示18.28的位置)至33 GHz优化到13(图中指示12.9的位置)至33GHz，带宽增加近5GHz。因此，从数据表明，本专利的设计方案对带宽的增加有明显的作用。
由以上技术方案可知，本申请实施例提供一种介质谐振器天线，包括：覆铜底板1，所述覆铜底板1上设置有馈电微带线11和感应槽12，所述馈电微带线11连接所述感应槽12，用于为感应槽12提供激励源；所述感应槽12上设置有介质谐振器2，所述介质谐振器2顶部设置有多个空气孔21，且从空气孔21分布的中心区域至边缘区域，多个所述空气孔21的深度逐渐减小。
在实际应用过程中，通过在所述介质谐振器2内部钻孔，引入介电常数较低的空气，以达到降低介电常数的目的，在采用介电常数较高的介质谐振器2后，也可以避免介电常数增加后，引起品质因子的增加，保证所述一种介质谐振器天线产生较宽的带宽。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种介质谐振器天线，其特征在于，包括：覆铜底板(1)，所述覆铜底板(1)上设置有馈电微带线(11)和感应槽(12)，所述馈电微带线(11)连接所述感应槽(12)，用于为感应槽(12)提供激励源；
所述感应槽(12)上设置有介质谐振器(2)，所述介质谐振器(2)顶部设置有多个空气孔(21)，且从空气孔(21)分布的中心区域至边缘区域，多个所述空气孔(21)的深度逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述感应槽(12)为矩形槽，且所述矩形槽的长度为La，宽度为Wa，且La＝λ0，
其中，λ0是矩形槽所产生谐振的中心频率自由空间的波长，εeff是介质谐振器的有效介电常数。
3.根据权利要求2所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述矩形槽的长度La＝13mm，宽度Wa＝5mm。
4.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所覆铜底板(1)的介电常数为3.0，厚度为0.762mm。
5.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述馈电微带线(11)的末端连接所述感应槽(12)的中心位置。
6.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，多个空气孔(21)在所述介质谐振器(2)顶部呈现中心对称分布，且与对称点距离相同的多个空气孔(21)的深度相同。
7.根据权利要求1所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器(2)从顶部至底部被划分为多个孔层，多个所述空气孔(21)之间的深度差为孔层高度的整数倍。
8.根据权利要求7所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，同一个孔层的多个所述空气孔(21)被分为多个单元蜂窝，同一个单元蜂窝的空气孔(21)直径及孔距满足以下关系：
其中，
为单元蜂窝的填充因子，s是相邻空气孔(21)之间的距离，d是空气孔(21)的直径。
9.根据权利要求7所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，多个孔层中每一个孔层均分布有空气孔(21),所述孔层的数量为4。
10.根据权利要求7所述的一种介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器(2)为圆柱体，且高度为3.8mm，直径为4mm。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202121104022.4U CN215221012U (zh) | 2021-05-21 | 2021-05-21 | 一种介质谐振器天线 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN215221012U (zh) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116914434A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-10-20 | 南通至晟微电子技术有限公司 | 一种一体成型式介质贴片滤波天线 |
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2021
- 2021-05-21 CN CN202121104022.4U patent/CN215221012U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN116914434A (zh) * | 2023-09-11 | 2023-10-20 | 南通至晟微电子技术有限公司 | 一种一体成型式介质贴片滤波天线 |
| CN116914434B (zh) * | 2023-09-11 | 2023-12-22 | 南通至晟微电子技术有限公司 | 一种一体成型式介质贴片滤波天线 |
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