CN2645253Y - 微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线。它主要由微带线和半球形双层介质谐振器两部分组成，其中微带线包括金属导带、介质基片和接地板，半球形双层介质谐振器由半球形单层介质谐振器和其外包裹的一层半球壳状介质层组成，且半球形单层介质谐振器和半球壳状介质层的球心重合，半球形双层介质谐振器固定在接地板的正上方，并完全覆盖刻在接地板上的缝隙。本实用新型在半球形单层介质谐振器的外面覆盖一层半球壳状介质层，且介质层所用材料的介电常数比里层半球形单层介质谐振器的介电常数低，有利于更好地将电磁波能量从里层的半球形单层介质谐振器耦合到自由空间，整体结构简单，显著提高了带宽。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及一种大规模集成电路用介质谐振器天线，特别是一种能提高带宽的微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线。
二、背景技术
介质谐振器因其尺寸小、成本低、金属损耗小等特点而在微波技术领域有着极其广泛的应用，当它作为一种有效的辐射单元而用于通信系统时，称作介质谐振器天线。现有技术Rigorous Analysis of Dielectric Resonator AntennaUsing the Method of Moments，Ph.D.Dissertation，Chinese University ofHong Kong，May 1993中，公开了一种半球形单层介质谐振器天线，它由微带线和半球形单层介质谐振器两部分组成，在微带线接地板上开有一矩形窄缝，矩形窄缝被半球形单层介质谐振器完全覆盖，电磁能量通过矩形窄缝耦合到半球形单层介质谐振器并向自由空间辐射。这种结构的天线易于集成，当介质谐振器的介电常数取得较大时，可减小缝天线尺寸，但同时会导致工作带宽变窄，辐射电阻加大，实现阻抗匹配往往会降低辐射效率。此外，由于矩形窄缝本身的局限性，限制了有特殊用途电磁波的产生，如特别适合卫星通信系统用的圆极化波的产生。因此，上述结构的天线只适用于一般的通信系统。
三、发明内容
本实用新型的目的在于提供一种能提高带宽，具有多种形状，可以满足不同通信系统要求的微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线。
实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线，其特征在于：它主要由微带线和半球形双层介质谐振器两部分组成，其中微带线包括金属导带、介质基片和接地板，半球形双层介质谐振器由半球形单层介质谐振器和其外包裹的一层半球壳状介质层组成，且半球形单层介质谐振器和半球壳状介质层的球心重合，半球形双层介质谐振器固定在接地板的正上方，并完全覆盖刻在接地板上的缝隙。
本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：一是在半球形单层介质谐振器的外面覆盖一层半球壳状介质层，且介质层所用材料的介电常数比里层半球形单层介质谐振器的介电常数低，有利于更好地将电磁波能量从里层的半球形单层介质谐振器耦合到自由空间，此时里层的半球形单层介质谐振器仅仅充当实现阻抗匹配的介质加载，这一改进并没使天线的整体结构复杂许多，却显著地提高了带宽；第二是针对不同通信系统潜在的特殊要求设计了十二种不同形状的微带缝，这大大丰富了电磁波的激励方式，比如采用两臂长不相等的十字形缝可激发出圆极化波，而单个矩形窄缝在这种天线上却只能激发出线极化波。
四、附图说明
图1是微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线的一种结构示意图。
图2是本实用新型的微带缝天线的一种结构示意图。
图3是本实用新型的半球形双层介质谐振器的结构示意图。
图4--图15是本实用新型的缝隙4的12种不同形状的结构示意图。
五、具体实施方式
实施例1。结合图1，图2，图3和图4，以中心工作频率在2.4GHz的下一代个人通信系统为例，详细说明本实用新型的一种具体实施方式。
本实用新型微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线，它主要由微带线和半球形双层介质谐振器两部分组成，其中微带线包括金属导带1、介质基片2和接地板3，半球形双层介质谐振器由半球形单层介质谐振器5和其外包裹的一层半球壳状介质层6组成，且半球形单层介质谐振器5和半球壳状介质层6的球心重合，半球形双层介质谐振器固定在微带线接地板3的正上方，并完全覆盖刻在微带线接地板3上的形状各异的缝隙4。
首先，借助目前已非常成熟的微波集成电路加工工艺技术，按下列参数在印刷电路板上制作一微带线，金属导带1长180.0mm，宽6.0mm，介质基片2的介电常数为2.96，长220.0mm，宽30.0mm，厚2.0mm，接地板3长250.0mm，宽150.0mm；然后，在距金属导带1开路端8.5mm处的接地板3上按下列参数钻刻一两臂长不相等的十字形缝4，两臂长分别为14.0mm，10.0mm，缝宽0.8mm；再用模具按下列参数加工制作半球形双层介质谐振器，半球形单层介质谐振器5的介电常数为9.8，半径为8.2mm，半球壳状介质层6的介电常数为5.0，半径为12.3mm，尽管实现半球形双层介质谐振器的高精度加工有一定难度，但不会从根本上影响本实用新型在通信系统中的运用；最后，将半球形双层介质谐振器牢牢地粘在微带线接地板3的正上方，并使半球形双层介质谐振器的球心与十字形缝4的几何中心完全重合。
实施例2：结合图1，图2，图3和图5，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图5所示。
实施例3：结合图1，图2，图3和图6，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图6所示。
实施例4：结合图1，图2，图3和图7，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图7所示。
实施例5：结合图1，图2，图3和图8，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图8所示。
实施例6：结合图1，图2，图3和图9，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图9所示。
实施例7：结合图1，图2，图3和图10，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图10所示。
实施例8：结合图1，图2，图3和图11，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图11所示。
实施例9：结合图1，图2，图3和图12，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图12所示。
实施例10：结合图1，图2，图3和图13，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图13所示。
实施例11：结合图1，图2，图3和图14，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图14所示。
实施例12：结合图1，图2，图3和图15，其他同实施例1，其不同之处在于缝隙4的形状如图15所示。
Claims (4)
1、一种微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线，其特征在于：它主要由微带线和半球形双层介质谐振器两部分组成，其中微带线包括金属导带[1]、介质基片[2]和接地板[3]，半球形双层介质谐振器由半球形单层介质谐振器[5]和其外包裹的一层半球壳状介质层[6]组成，且半球形单层介质谐振器[5]和半球壳状介质层[6]的球心重合，半球形双层介质谐振器固定在接地板[3]的正上方，并完全覆盖刻在接地板[3]上的缝隙[4]。
2、根据权利要求1所述的微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线，其特征是微带缝隙[4]的形状为正方形、等边三角形、十字形。
3、根据权利要求1所述的微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线，其特征在于半球形双层介质谐振器里面的半球形单层介质谐振器[5]的介电常数为8～30。
4、根据权利要求1所述的微带缝耦合半球形双层介质谐振器天线，其特征在于半球壳状介质层[6]所用材料的介电常数与半球形单层介质谐振器[5]的介电常数之比为0.3～0.7。
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