CN215896693U - 介质谐振器全向天线及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种介质谐振器全向天线及电子设备，包括介质谐振器；所述介质谐振器的形状为立方体，所述立方体的长度和宽度为0.33λ‑0.4λ，所述立方体的高度为0.26λ‑0.31λ，λ为波长长度。本实用新型可在实现全向或者宽波束天线的同时降低成本。

Description

介质谐振器全向天线及电子设备

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种介质谐振器全向天线及电子设备。

背景技术

对于5G毫米波模组，业界选择以射频芯片与基板天线的结合成为AIP(封装天线)方式来降低射频系统损耗，并且这样集成度更高，性能更优秀。但若要进行电子扫描来达到高度空间覆盖，需要天线波束角度宽，所以需要天线的方向图近似乎全向或者方向图波束宽。

基于PCB的常规毫米波宽带天线，无论天线形式是Patch(贴片)，Dipole(偶极子)，slot(缝隙)等，为了满足带宽增益要求会使PCB厚度增加，此时层数变多，又因为在毫米频段，多层PCB对孔、线宽和线距的精度要求高，加工难度大。所以降低PCB层数可以降低加工精度。由陶瓷体构成的介质谐振器天线，加工精度高，在毫米波频段体积小，且天线与PCB馈电分离，可降低PCB层数。

然而，介质谐振器实现全向或者宽波束天线，需要模式是特定的，例如，圆柱体DRA(介质谐振器天线)的辐射模式为TM₀₁₁、TM₀₁₂等，这些模式为准全向方向图。但是介质谐振器的曲面加工成本比平面高，因此，若采用圆柱体形的介质谐振器来实现全向或者宽波束天线，会增加成本。

因此，如何在实现全向或者宽波束天线的同时降低成本，成为有待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种介质谐振器全向天线及电子设备，可在实现全向或者宽波束天线的同时降低成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种介质谐振器全向天线，包括介质谐振器；所述介质谐振器的形状为立方体，所述立方体的长度和宽度为0.33λ-0.4λ，所述立方体的高度为0.26λ-0.31λ，λ为波长长度。

进一步地，还包括天线地，所述天线地设置于所述介质谐振器的一面上，所述天线地的尺寸小于所述介质谐振器。

进一步地，所述介质谐振器的馈电方式为同轴探针馈电。

进一步地，还包括馈电探针，所述介质谐振器设置天线地的一面上设有与所述馈电探针相适配的开孔，所述天线地上设有通孔，所述馈电探针的一端穿过所述通孔并通过所述开孔内嵌于所述介质谐振器内。

进一步地，所述通孔的孔径大于所述馈电探针的直径。

进一步地，还包括天线地，所述介质谐振器设置于所述天线地上，所述天线地呈栅格形或网格形，所述天线地的面积大于所述介质谐振器的长宽面的面积。

进一步地，所述介质谐振器的馈电方式为同轴探针馈电或微带线馈电。

进一步地，所述介质谐振器的介电常数为10。

本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的介质谐振器全向天线。

本实用新型的有益效果在于：通过采用立方体形的介质谐振器，相比圆柱体形的介质谐振器，可降低成本；通过优化立方体形的介质谐振器的尺寸，使得介质谐振器可工作在TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式，而这两个模式的方向图E面互补，即两个模式的天线方向图叠加可得到准全向方向图，从而实现全向天线。本实用新型通过优化立方体形的介质谐振器的尺寸，使其同时激发TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式，可得到近似全向的方向图，从而具有宽波束特性。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的介质谐振器全向天线的结构示意图；

图2为立方体形的DRA工作在TE₁₁₂模式的方向示意图；

图3为立方体形的DRA工作在TE₁₂₁模式的方向示意图；

图4为本实用新型实施例一的介质谐振器全向天线激发双模式时的天线方向图；

图5为本实用新型实施例一的介质谐振器全向天线的结构示意图(栅格地)；

图6为本实用新型实施例一的介质谐振器全向天线的结构示意图(网格地)。

标号说明：

1、介质谐振器；2、天线地；3、馈电探针；4、微带馈电线。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，一种介质谐振器全向天线，包括介质谐振器；所述介质谐振器的形状为立方体，所述立方体的长度和宽度为0.33λ-0.4λ，所述立方体的高度为0.26λ-0.31λ，λ为波长长度。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：可在实现全向或者宽波束天线的同时降低成本。

进一步地，还包括天线地，所述天线地设置于所述介质谐振器的一面上，所述天线地的尺寸小于所述介质谐振器。

由上述描述可知，由于金属地会抑制偶次模激励，若采用大的金属地，则无法激励出TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式。

进一步地，所述介质谐振器的馈电方式为同轴探针馈电。

进一步地，还包括馈电探针，所述介质谐振器设置天线地的一面上设有与所述馈电探针相适配的开孔，所述天线地上设有通孔，所述馈电探针的一端穿过所述通孔并通过所述开孔内嵌于所述介质谐振器内。

由上述描述可知，由于天线地太小，不能采用缝隙耦合馈电和微带馈电的方式进行馈电，因此采用同轴馈电的方式进行馈电。

进一步地，所述通孔的孔径大于所述馈电探针的直径。

由上述描述可知，避免馈电探针接地。

进一步地，还包括天线地，所述介质谐振器设置于所述天线地上，所述天线地呈栅格形或网格形，所述天线地的面积大于所述介质谐振器的长宽面的面积。

由上述描述可知，通过设置栅格地或网格地，避免金属地抑制偶次模激励。

进一步地，所述介质谐振器的馈电方式为同轴探针馈电或微带线馈电。

由上述描述可知，由于天线地不完整，不能使用缝隙耦合馈电和共面波导馈电的馈电方式，因此，采用同轴馈电或微带馈电的方式进行馈电。

进一步地，所述介质谐振器的介电常数为10。

本实用新型还提出一种电子设备，包括如上所述的介质谐振器全向天线。

实施例一

请参照图1-4，本实用新型的实施例一为：一种介质谐振器全向天线，可以应用于5G毫米波基站场景中。

如图1所示，包括介质谐振器1；所述介质谐振器1的形状为立方体，所述立方体的长度和宽度为0.33λ-0.4λ，所述立方体的高度为0.26λ-0.31λ，λ为波长长度；优选地，所述介质谐振器1的介电常数为10。

其中，关于介质谐振器的尺寸，采用介质波导法来推导，具体如下所述。

立方体形的介质谐振器的谐振频率一般可由立方体形介质波导等效推导，其公式如下：

第一公式：k_x＝nπ/a；k_y＝mπ/b；k_z＝pπ/d

第二公式：

第三公式：

其中，a、b、d分别为立方体形的介质谐振器的长宽高；nmp为模式数，n、m、p均大于或等于1，例如，当n＝1，m＝1，p＝2时，即TE₁₁₂模式，当n＝1，m＝2，p＝1时，即TE₁₂₁模式；k_x、k_y、k_z分别为X、Y、Z方向的波矢数，DK为介电常数，k₀为空间波矢数，f₀为谐振频率，c为光速。

根据第一公式，对第二公式变形可得第四公式。

第四公式：

假设带入n＝1，m＝1，p＝2和n＝1，m＝2，p＝1，可得第五公式和第六公式。

第五公式：

第六公式：

由于第五公式和第六公式中等号的右边相同，因此第五公式和第六公式中等号的左边相等，推导可得b＝d，a未知。

假设DK＝10，a＝b＝d，谐振频率f₀＝28GHz，求得：a＝b＝d＝0.375λ≈4mm。

以上述a、b、d的值作为初始值构建仿真模型，并进行优化，优化后可得：a＝b＝0.33λ-0.4λ，d＝0.26λ-0.31λ。

进一步地，还包括天线地2，本实施例中，所述天线地2设置于所述介质谐振器1的一面上，所述天线地2的尺寸小于所述介质谐振器的尺寸。

由于金属地会抑制偶次模激励，若采用大的金属地，则无法激励出TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式，因此，本实施例中需采用小的天线地。此时，由于天线地太小，不能采用缝隙耦合馈电和微带馈电的方式进行馈电，因此，本实施例中，采用同轴馈电。具体地，如图1所示，还包括馈电探针3，所述介质谐振器1设置天线地2的一面上设有与所述馈电探针3相适配的开孔，所述天线地2上设有通孔，所述馈电探针3的一端穿过所述通孔并通过所述开孔内嵌于所述介质谐振器1内。其中，天线地2上的通孔的孔径大于馈电探针3的直径，避免馈电探针接地。

由于立方体形的DRA的成本比圆柱体DRA的成本低，因此，如果激发立方体形的DRA的特殊模式形成准全向方向图或者宽波束方向图，那么就可以低成本实现5G毫米波阵列对空间高度覆盖的要求。

由圆极化介质谐振器天线的设计方法可知，激励两个辐射模式，两个模式场正交后天线极化为圆极化。那么如果激发出的双模式方向图互补，且模式谐振频率重合，那么这两个模式方向图互补合成后呈现准全向方向图，类似TM₀₁₁。

图2-3分别为立方体形的DRA(介质谐振器天线)工作在TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式的方向示意图，从图中可以看出，两个方向图E面互补，那么如果同时激发这两个模式，天线方向图叠加可形成准全向的方向图。

因此，本实施例通过优化立方体形的介质谐振器的尺寸，使得介质谐振器可工作在TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式，从而实现全向天线。

图4为本实施例的介质谐振器全向天线激发双模式时的天线方向图，从图中可以看出，本实施例的天线的方向图近似全向，使其具有宽波束特性。

本实施例可在实现全向或者宽波束天线的同时降低成本。

实施例二

请参照图5-6，本实施例是实施例一中天线地的另一种实现方式。

本实施例中，天线地采用大的天线地，即天线地的面积大于所述介质谐振器的长宽面的面积，其中，长宽面指的是介质谐振器长度和宽度同时所在的面，也即立方体形的介质谐振器中面积最大的一面。此时，所述介质谐振器1设置于所述天线地2上，且所述天线地2呈栅格形或网格形。如图5所示，所述天线地2呈栅格形；如图6所示，所述天线地2呈网格形。

此时，由于天线地不完整，不能使用缝隙耦合馈电和共面波导馈电的馈电方式，因此，采用同轴馈电或微带馈电的方式进行馈电。本实施例中，以微带馈电为例进行说明。如图5所示，还包括微带馈电线4，所述微带馈电线4与所述介质谐振器1连接。

综上所述，本实用新型提供的一种介质谐振器全向天线及电子设备，通过采用立方体形的介质谐振器，相比圆柱体形的介质谐振器，可降低成本；通过优化立方体形的介质谐振器的尺寸，使得介质谐振器可工作在TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式，而这两个模式的方向图E面互补，即两个模式的天线方向图叠加可得到准全向方向图，从而实现全向天线；通过设置小的天线地或大的栅格地或网格地，避免抑制偶次模激励，保证可激发出TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式。本实用新型通过优化立方体形的介质谐振器的尺寸，使其同时激发TE₁₁₂模式和TE₁₂₁模式，可得到近似全向的方向图，从而具有宽波束特性。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种介质谐振器全向天线，其特征在于，包括介质谐振器；所述介质谐振器的形状为立方体，所述立方体的长度和宽度为0.33λ-0.4λ，所述立方体的高度为0.26λ-0.31λ，λ为波长长度。

2.根据权利要求1所述的介质谐振器全向天线，其特征在于，还包括天线地，所述天线地设置于所述介质谐振器的一面上，所述天线地的尺寸小于所述介质谐振器。

3.根据权利要求1所述的介质谐振器全向天线，其特征在于，所述介质谐振器的馈电方式为同轴探针馈电。

4.根据权利要求3所述的介质谐振器全向天线，其特征在于，还包括馈电探针，所述介质谐振器设置天线地的一面上设有与所述馈电探针相适配的开孔，所述天线地上设有通孔，所述馈电探针的一端穿过所述通孔并通过所述开孔内嵌于所述介质谐振器内。

5.根据权利要求4所述的介质谐振器全向天线，其特征在于，所述通孔的孔径大于所述馈电探针的直径。

6.根据权利要求1所述的介质谐振器全向天线，其特征在于，还包括天线地，所述介质谐振器设置于所述天线地上，所述天线地呈栅格形或网格形，所述天线地的面积大于所述介质谐振器的长宽面的面积。

7.根据权利要求6所述的介质谐振器全向天线，其特征在于，所述介质谐振器的馈电方式为同轴探针馈电或微带线馈电。

8.根据权利要求1-7任一项所述的介质谐振器全向天线，其特征在于，所述介质谐振器的介电常数为10。

9.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的介质谐振器全向天线。

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