CN218731748U - 一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线 - Google Patents
一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型设计一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线。该天线包括圆柱型介质谐振器、刻蚀两组槽的金属接地面、介质基板和微带线‑贴片馈电结构。其中圆柱型介质谐振器由轮胎型介质谐振器嵌套五个半环形介质谐振器组成。该天线通过微带‑贴片馈电结构与矩形槽耦合馈电，激励天线辐射单元，改善带外抑制；接地面上的U型槽，用于增加带宽。所设计的滤波天线工作频段达到34.9‑42.5GHz，阻抗相对带宽为19.7%，两个辐射零点分别在33.9GHz和46.7GHz，带内最高增益为6.6dBi。该滤波天线结构紧凑，有较好的滤波特性，覆盖5G毫米波频段n260波段，有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信系统中天线技术领域，设计了一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线。
背景技术
第五代通信技术的发展，要求5G大规模天线的设计要兼容2G、3G、4G频段，完成多系统兼容的建设目标。但异频共口径天线阵列中不同频段子阵会面临严重的异频互扰，导致天线隔离度恶化、方向图畸变及辐射效率下降等问题的产生。利用滤波天线的带外抑制功能可以有效抑制天线在带外的谐振模式，缓解异频互耦导致的方向图畸变。介质谐振器天线技术因其具有高频辐射效率高、功率容量大、损耗小、设计自由度高等特性，非常适宜设计高频天线。介质谐振器滤波天线在5G毫米波波段有良好的应用前景。
发明内容
本实用新型设计一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线。所设计的滤波天线中心频率为38GHz，工作频段达到34.9-42.5GHz ，阻抗相对带宽为19.7%，两个辐射零点在通带外，分别在33.9GHz和46.7GHz，带内增益大部分在5dBi附近，其中最高可达6.6dBi。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：该滤波天线由一个圆柱型介质谐振器、一层金属接地面、一层介质基板和一层微带线和贴片组成的馈电结构构成。圆柱型介质谐振器是由轮胎型介质谐振器嵌套五个半环形介质谐振器组成；轮胎型介质谐振器的材料为Rogers TMM6(tm)，介电常数εr1=6，是由圆柱环、小圆柱以及五个连接圆柱环和小圆柱的矩形块组成，五个矩形块尺寸相同，其中一个矩形块位于水平轴线上，其余四个矩形块与它的夹角分别为±60°，±120°；五个半环形介质谐振器的材料为Rogers TMM10(tm)，介电常数εr2=9.2；介质基板的材料采用Rogers Ultralam 2000(tm)，介电常数εr3=2.5；金属接地面上刻蚀一个矩形槽和一个U型槽。该滤波天线通过微带-贴片馈电结构与矩形槽耦合馈电，激励天线辐射单元，接地面上的U型槽，用于增加带宽。
本实用新型的优点是：该天线的工作频段达到34.9-42.5GHz，属于5G毫米波规划频段；该天线通过微带-贴片馈电结构和矩形槽耦合馈电，为天线引入了两个辐射零点，分别在33.9和46.7GHz，且右侧带外抑制在-15dB以下，滤波特性良好；带内增益大部分在5dBi附近，其中最高可达6.6dBi，能够将电磁能量有效辐射。
所述的圆柱环是指：半径为r1=3.5mm的圆柱减去半径为r2=2.7mm的圆柱得到的。
所述的小圆柱是指：位于基板正中央且半径为r3=1mm的圆柱。
所述的五个半环形介质谐振器是指：用半径为r1=3.5mm的圆柱减去轮胎型谐振器得到的剩余结构。
所述的微带-贴片馈电结构是指：宽度为sw=0.455mm的微带线与四个半径为r4=0.7mm的圆形贴片级联，其中第一个贴片位于介质基板中心，且四个贴片的中心间隔d3=1mm。
所述的矩形槽是指：一个位于接地面中心的矩形槽和与该槽垂直且关于水平轴线对称的一对小矩形槽。
附图说明
图1是本实用新型一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线的俯视图。
图2是本实用新型一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线的侧视图。
图3是本实用新型一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波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嵌套圆柱型介质谐振器滤波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嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线的透视图。
图6是本实用新型一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线S参数仿真结果图。
图7是本实用新型一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线增益仿真结果图。
具体实施方式
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，圆柱型介质谐振器（101）是由两部分构成：介电常数εr1=6的RogersTMM6(tm)材料构成了轮胎型介质谐振器，其中轮胎型介质谐振器是由圆柱环、小圆柱以及五个连接圆柱环和小圆柱的矩形块组成；介电常数εr2=9.2的Rogers TMM10(tm)材料构成了圆柱型介质谐振器除轮胎型介质谐振器外的五个半环形介质谐振器。圆柱型介质谐振器（101）的圆柱环外半径r1=3.5mm，内半径r2=2.7mm;小圆柱半径r3=1mm;五个矩形块的尺寸相同，长度t=1.7mm，宽度s=0.6mm，其中一个矩形块位于水平轴线上，其余四个矩形块与它的夹角分别为±60°，±120°。
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GL=20mm，高度h1=0.505mm，介电常数εr3=2.5；圆柱型介质谐振器（101）高度h=2.55mm。
如图3所示，金属接地面（201）上刻蚀一个矩形槽（301）和一个U型槽（302），矩形槽（301）用于激励圆柱型介质谐振器（101），改善带外抑制；U型槽（302）用于增加天线带宽。矩形槽（301）的长度L1=3mm，宽度W1=0.4mm，小矩形槽的长度L2=1.5mm，宽度W2=0.2mm，关于水平轴线对称，间隔d1=1.6mm；U型槽（302）的长度L3=6.63mm、L4=7mm，宽度W3=1mm、W4=1.58mm，U型槽到介质基板（202）边缘的距离d2=3.37mm；金属接地面（201）长度与宽度均和介质基板（202）相同，长度GL=20mm。
如图4所示，微带-贴片馈电结构（401）置于介质基板（202）下表面，微带-贴片馈电结构（401）中与微带线级联的第一个圆形贴片位于介质基板（202）正中心。其中微带线的宽度sw=0.455mm，圆形贴片的半径r4=0.7mm，四个贴片的中心间隔d3=1mm。
如图5所示，本实用新型一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线的透视图。该天线包括最上层的圆柱型介质谐振器（101）、介质基板（202）上表面刻蚀矩形槽（301）和U型槽（302）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-贴片馈电结构（401）。
如图6所示，本实用新型一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线S参数仿真结果。该天线工作频段达到34.9-42.5GHz ，阻抗相对带宽为19.7%，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嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线增益仿真结果。两个辐射零点分别在33.9GHz和46.7GHz，带内增益大部分在5dBi附近，其中最高可达6.6dBi，右侧带外抑制在-15dB以下。
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)
1.一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线，其特征在于，天线包括：圆柱型介质谐振器（101）、金属接地面（201）、介质基板（202）和微带-贴片馈电结构（401），其中金属接地面（201）上刻蚀一个矩形槽（301）和一个U型槽（302）；
所述圆柱型介质谐振器（101）是由轮胎型介质谐振器嵌套五个半环形介质谐振器组成的，且轮胎型介质谐振器和五个半环形介质谐振器高度相同；
所述轮胎型介质谐振器是指：包括圆柱环、小圆柱以及连接圆柱环和小圆柱的五个矩形块，其中圆柱环是半径r1=3.5mm的圆柱减去半径r2=2.7mm的圆柱得到的；小圆柱位于基板正中央且半径r3=1mm；五个矩形块尺寸相同，一个矩形块位于水平轴线上，其余四个矩形块与它的夹角分别为±60°，±120°；
所述的五个半环形介质谐振器是指：用半径为r1=3.5mm的圆柱减去轮胎型谐振器得到的剩余结构；
所述矩形槽（301）是指：一个位于接地面中心的矩形槽和与该槽垂直且关于水平轴线对称的一对小矩形槽；
所述微带-贴片馈电结构（401）是由一条微带线和四个圆形金属贴片组成。
2.根据权利要求1所述的一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线，其特征在于，所述的微带-贴片馈电结构（401）是由宽度sw=0.455mm的微带线与四个半径r4=0.7mm的圆形贴片级联，其中第一个贴片位于介质基板中心，且四个贴片的中心间隔d3=1mm。
3.根据权利要求1所述的一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线，其特征在于，介质基板（202）的材料采用Rogers Ultralam 2000(tm)；组成圆柱型介质谐振器（101）的轮胎型介质谐振器的材料采用Rogers TMM6(tm)；五个半环形介质谐振器的材料采用Rogers TMM10(tm)。
4.根据权利要求1所述的一种耦合馈电的嵌套圆柱型介质谐振器滤波天线，其特征在于，介质基板（202）上表面为金属接地面（201），在金属接地面（201）上刻蚀一个矩形槽（301）和一个U型槽（302）；下表面为微带-贴片馈电结构（401）；圆柱型介质谐振器（101）放置于矩形槽（301）的正上方；圆柱型介质谐振器（101）由微带-贴片馈电结构（401）和矩形槽（301）耦合激励，产生滤波特性的同时改善了带外抑制；该天线工作频段为34.9-42.5GHz，在毫米波波段有良好的应用前景。
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