CN218300234U - 一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型设计一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线。该阵列天线包括四个天线辐射单元、一层刻蚀四个交叉槽的金属接地面、一层介质基板和一层微带线组成的并联馈电网络。四个天线辐射单元材料和尺寸完全相同，每个天线辐射单元由圆环形介质谐振器环绕圆柱形介质谐振器组成，且这两个介质谐振器共圆心；该阵列天线通过微带并联馈电网络与交叉槽耦合馈电激励天线辐射单元，用于增加带宽、产生圆极化；该阵列天线中心频率为22.5GHz，工作频段达到19.35GHz‑27.47GHz，阻抗相对带宽为36.09%，在通带内具有圆极化，3dB轴比带宽为25.21%，方向图最大增益为11dBi。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，特别涉及一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线。
背景技术
现代通信系统的载波频率逐渐上移到毫米波频段。同时，随着无线电技术的发展，单一天线较低的增益和较差的方向性往往不能满足特定工作环境的要求，此时阵列天线便体现出极大的应用价值。介质谐振器天线具有辐射效率高、低轮廓、小尺寸、低重量、高增益、宽带宽和易于激励等优点。因此，毫米波介质谐振器阵列天线有良好的应用前景。
发明内容
本实用新型设计了一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线，该阵列天线由微带并联馈电网络与四个交叉槽耦合激励的四个天线辐射单元构成，中心频率为22.5GHz，工作频段达到19.35GHz-27.47GHz，阻抗相对带宽为36.09%，方向图最大增益为11dBi。该阵列天线在通带内具有圆极化，轴比小于3dB的工作频段为22.68GHz-29.79GHz，3dB轴比带宽为25.21%。
为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：该阵列天线包括四个天线辐射单元、一层刻蚀四个交叉槽的金属接地面、一层介质基板、一层微带线组成的并联馈电网络。四个天线辐射单元各方面完全相同，由圆环形介质谐振器环绕圆柱形介质谐振器组成，其中圆环形介质谐振器和圆柱形介质谐振器共圆心，圆环形介质谐振器的材料采用Rogers RT/duroid 6006，介电常数为εr1，圆柱形介质谐振器的材料采用Rogers RT/duroid 6010LM，介电常数为εr2；介质基板的材料采用RogersRO4003C，介电常数为εr3；该阵列天线的馈电方式为微带并联馈电网络和交叉槽耦合馈电，通过该馈电结构馈电可以实现圆极化并增加带宽。
本实用新型的优点是：电路的工作频段达到19.35GHz-27.47GHz，属于5G毫米波规划频段，该阵列天线的阻抗带宽为36.09%，属于宽带天线，有广阔的应用前景；该阵列天线通过微带并联馈电网络和交叉槽耦合馈电，增大带宽并实现圆极化，3dB轴比带宽为25.21%，具有较强的抗干扰能力，且能有效避免极化失配带来的问题；该阵列天线具有较高的增益，能够将电磁能量有效辐射。
所述的天线辐射单元是指：圆环形介质谐振器环绕圆柱形介质谐振器组成的结构，其中圆环形介质谐振器与圆柱形介质谐振器共圆心，四个天线辐射单元成线性排列，相邻天线辐射单元间距相等，为0.77λ，且四个天线辐射单元材料和尺寸完全相同。
所述的交叉槽是指：两个宽度相同、长度不同的矩形槽向+x轴旋转±45°得到的相互正交的十字交叉槽，四个交叉槽尺寸完全相同且成线性排列，相邻交叉槽间距相等，为0.77λ，四个交叉槽分别处于四个天线辐射单元的正下方。
所述的圆环形介质谐振器是指：由半径为R1=4.3mm的圆柱减去半径为R2=1.2mm的圆柱而得到的圆柱环。
附图说明
图1是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线的俯视图。
图2是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线的侧视图。
图3是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线介质基板上表面示意图。
图4是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线介质基板下表面示意图。
图5是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线的结构示意图。
图6是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线S参数仿真结果图。
图7是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线轴比仿真结果图。
图8是本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线增益方向图。
具体实施方案
下面结合说明书附图，对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，阵列天线的四个天线辐射单元（101、102、103、104）成线性排列，天线辐射单元（101、102、103、104）由圆环形介质谐振器环绕圆柱形介质谐振器组成，两个圆柱形介质谐振器共圆心，四个天线辐射单元（101、102、103、104）材料与尺寸都相同，相邻天线辐射单元的间距为0.77λ，天线辐射单元（101）中的圆环形介质谐振器的半径R1=4.3mm、介电常数εr1=6.15；天线辐射单元（101）中的圆柱形介质谐振器的半径R2=1.2mm、介电常数εr2=10.2。
如图2所示，金属接地面（201）置于介质基板（202）上表面。介质基板（202）的长度L1=40.69mm、高度Hs=0.304mm、介电常数εr3=3.38；四个天线辐射单元（101、102、103、104）高度Hd=1.3mm。
如图3所示，四个交叉槽（301、302、303、304）刻蚀在金属接地面（201）上，分别用于激励四个天线辐射单元（101、102、103、104），产生圆极化。四个交叉槽（301、302、303、304）尺寸相同，相邻交叉槽间距为0.77λ，交叉槽（301）长度L2=2.88mm、L3=1.7mm、宽度W2=0.7mm；接地面长度宽度均和介质基板（202）相同，长度L1=40.69mm、宽度W1=22.82mm。
如图4所示，微带并联馈电网络（401）置于介质基板（202）下表面，并联馈电网络（401）中的微带线的所有弯折处均为90°拐角，弯折处进行切角处理，并联馈电网络（401）中的三段水平微带线中心处也进行了切角处理，切角为等腰三角形，腰长约为0.235mm。
如图5所示，本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线的结构示意图。该阵列天线包括最上层的四个天线辐射单元（101、102、103、104）、介质基板（202）上表面的刻蚀交叉槽（301、302、303、304）的金属接地面（201）、介质基板（202）、刻蚀在介质基板（202）下表面的微带并联馈电网络（401）。
如图6所示，本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线S参数仿真结果。该阵列天线工作频段达到19.35GHz-27.47GHz，阻抗相对带宽为36.09%，在5G毫米波中有良好的应用前景。
如图7所示，本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线轴比仿真结果。该阵列天线在通带内具有圆极化，轴比小于3dB的工作频段为22.68GHz-29.79GHz，3dB轴比带宽为25.21%。
如图8所示，本实用新型一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列增益仿真结果。该阵列天线最大增益为11dBi。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方案，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线，其特征在于，天线包括：四个天线辐射单元（101、102、103、104）、用于激励四个天线辐射单元（101、102、103、104）的刻蚀四个交叉槽（301、302、303、304）的接地面（201）、介质基板（202）和用于为四个天线辐射单元（101、102、103、104）馈电的并联馈电网络（401）；
所述四个天线辐射单元（101、102、103、104）成线性排列，相邻天线辐射单元间距相等，为0.77λ；其中每个天线辐射单元是由圆环形介质谐振器环绕圆柱形介质谐振器组成的，且圆环形介质谐振器和圆柱形介质谐振器共圆心；
所述圆环形介质谐振器是指：由外半径为R1=4.3mm的圆柱减去内半径为R2=1.2mm的圆柱而得到的圆环；
所述接地面（201）为金属面，接地面（201）上刻蚀四个交叉槽（301、302、303、304）；
所述的交叉槽是指两个宽度相同、长度不同的矩形槽向+x轴旋转±45°得到的相互正交的十字交叉槽，四个交叉槽（301、302、303、304）成线性排列，相邻交叉槽的间距相等，为0.77λ；
所述并联馈电网络（401）由微带线组成，包含一个输入端口和四个输出端口。
2.根据权利要求1所述的一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线，其特征在于，所述并联馈电网络（401）中的微带线的所有弯折处均为90°拐角，弯折处进行切角处理；所述并联馈电网络（401）中的三段水平微带线中心处也进行了切角处理，切角为等腰三角形，腰长约为0.235mm。
3.根据权利要求1所述的一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线，其特征在于，介质基板（202）的材料采用RogersRO4003C；圆柱形介质谐振器的材料采用Rogers RT/duroid 6010LM；圆环形介质谐振器的材料采用Rogers RT/duroid 6006。
4.根据权利要求1所述的一种耦合馈电的同心圆柱形介质谐振器阵列天线，其特征在于，介质基板（202）上表面为刻蚀交叉槽（301、302、303、304）的接地面（201）；下表面为微带并联馈电网络（401）；四个天线辐射单元（101、102、103、104）分别放置于四个交叉槽（301、302、303、304）的正上方；天线辐射单元（101、102、103、104）由微带并联馈电网络（401）和交叉槽（301、302、303、304）耦合激励，拓宽天线带宽的同时产生了圆极化；该阵列天线工作频段为19.35GHz-27.47GHz，在毫米波波段有良好的应用前景。
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| CN116031626A (zh) * | 2023-02-15 | 2023-04-28 | 长沙莫之比智能科技有限公司 | 一种高增益毫米波天线 |
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