CN103545602A - Ku波段圆极化介质谐振器天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种Ku波段圆极化介质谐振器天线。它包括介质基板上表面有一层金属接地板和一条处在介质基板下表面的微带馈线。在金属接地板上面中心处有一个三层堆叠的介质谐振器；在金属接地板中心处有十字缝隙；所述微带馈线的内端处在十字缝隙的正下方，与十字缝隙呈45°；接地板上有两个级联的哑铃型槽缝。该天线阻抗带宽为27.67%，圆极化轴比带宽为6.56%。在工作频率内，天线的最大增益为8.2dB，最小为6.0dB，具有较宽的覆盖范围。在12.2GHz处轴比大约为0.09dB，具有良好的圆极化特性。该天线覆盖IT3区***广播的常用工作频段，因此可应用于11GHz-14.5GHz频段的***广播***。
Description
技术领域
本发明涉及一种Ku波段圆极化介质谐振器天线。该天线工作于Ku波段，阻抗带宽为27.67%，圆极化轴比带宽为6.56%，增益为6.0dB-8.2 dB，方向性比较好。该天线覆盖IT3区***广播的常用工作频段，因此可应用于11GHz-14.5GHz频段的***广播***。
背景技术
随着现代无线通信技术的发展和无线应用产品的普及，人们对无线通信***不可或缺的天线提出了更高的要求，比如圆极化特性好、增益高、体积小及质量轻，还要有很高的传输速率、抑制雨雾干扰和抗多径反射等。特别是在卫星通信***中，对天线性能的要求就更高了。通常情况下，卫星通信***使用的是增益较高的反射面天线。该天线有很高的应用价值，但这种天线成本较高，体积大，特别是在移动通信中，使用起来很不方便。而介质谐振器天线因为具有介质损耗小，天线尺寸小，表面波损耗不存在和可以设计成各种三维几何形状以及馈电方式简便及多样性等突出优点，引起了人们的普遍关注，是目前国际上的一个研究热点。
根据国际电联的规定，全世界划分为三个区域，我国属于IT3区，位于这个区域的还有亚洲其他国家和南太平洋地区。该区卫星广播常用工作频带为Ku波段（10GHz-18GHz），这是由于Ku波段具有频率高、频率范围宽，信号容量大等特点，但是Ku波段存在雨衰的现象，即容易受雨雪天气的干扰，因此可在Ku波段使用圆极化介质谐振器天线达到抑制雨雾干扰，改善***性能的目的。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种Ku波段圆极化介质谐振器天线，该天线工作频率为11GHz-14.5GHz，覆盖IT3区卫星广播的常用工作频段，可用于***广播***。
本发明采用的技术方案如下：
一种Ku波段圆极化介质谐振器天线，包括介质基板上表面有一层金属接地板和一条处在介质基板下表面的微带馈线，其特征在于：在金属接地板上面中心处有一个三层堆叠的介质谐振器；在金属接地板中心处有十字缝隙；所述微带馈线的内端处在所述十字缝隙的正下方，微带馈线与十字缝隙呈45°；金属接地板上有两个级联的哑铃型槽缝，以展宽天线阻抗带宽。所述三层堆叠的介质谐振器为下层介质圆柱、中层介质圆柱、上层介质圆柱堆叠而成，三层介质圆柱的半径相同，材料和高度不同，它们的高度和材料的介电常数对天线的主要影响是天线的谐振频率，而其尺寸对天线的轴比带宽影响较大。三层堆叠的圆极化介质谐振器由微带馈线通过金属接地板中心的十字缝隙对其进行耦合馈电；十字缝隙的两臂长度不相等，宽度相等。通过控制两个缝隙的长短实现左旋或右旋圆极化。所述哑铃型槽缝的哑铃握柄宽度越小，则天线的截止频率越高；两个哑铃型槽缝间距越大，则滤波器的选通性越强。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1． 此设计采用了三层堆叠的介质谐振器结构。与传统介质谐振器相比，有效提高了介质谐振器天线的增益，最高达到8.2dB。
2． 接地板上堆叠结构的介质谐振器实现了较小的天线尺寸。
3． 微带馈线与接地板上的十字缝隙的配合，微带馈线与十字缝隙呈45°。微带馈线的长度和宽度以及十字缝隙的宽度实现了天线的良好匹配。
4． 接地板上增加两个级联的槽缝结构展宽了天线阻抗带宽。
5． 采用十字缝隙耦合馈电的方式以实现圆极化。在12.2GHz处天线的轴比约为0.09dB，获得十分良好的圆极化特性。
6． 通过控制两个缝隙的长度可以方便地实现左旋或右旋圆极化波。图1所示结构为左旋圆极化天线。
附图说明
图1 圆极化介质谐振器天线俯视图。
图2 圆极化介质谐振器天线侧视图。
图3 接地板上的槽缝结构图。
图4 天线仿真S参数。
图5 天线轴比曲线图。
图6 天线增益图。
图7 天线辐射方向图(12.2GHz)。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例一：
参见图1~图3，本Ku波段圆极化介质谐振器天线，包括介质基板（1）上表面有一层金
属接地板（6）和一条处在介质基板（1）下表面的微带馈线（5），其特征在于：
1） 在金属接地板（6）上面中心处有一个三层堆叠的介质谐振器（2）；
2） 在金属接地板（6）中心处有十字缝隙（3）；
3） 所述微带馈线（5）的内端处在所述十字缝隙（3）的正下方，微带馈线与十字缝隙（3）呈45°；
4） 金属接地板（6）上有两个级联的哑铃型槽缝（4），以展宽天线阻抗带宽。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处是：所述三层堆叠的介质谐振器（2）为下层介质圆柱（2-1）、中层介质圆柱（2-2）和上层介质圆柱（2-3）堆叠而成，三层介质圆柱的半径相同，材料和高度不同，它们的高度和材料的介电常数对天线的主要影响是天线的谐振频率，而其尺寸对天线的轴比带宽影响较大。三层堆叠的圆极化介质谐振器(2)由微带馈线（5）通过金属接地板（6）中心的十字缝隙（3）对其进行耦合馈电；十字缝隙（3）的两臂长度不相等，宽度相等。通过控制两个缝隙的长短实现左旋或右旋圆极化。所述哑铃型槽缝（4）的哑铃握柄宽度越小，则天线的截止频率越高；两个哑铃型槽缝（4）间距越大，则滤波器的选通性越强。
实施例三：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：
1. 天线的结构如图1-2所示，下层为微带馈线（5），中层为介质基板（1），特征阻抗为50欧姆的微带馈线蚀刻在该介质基板层；上层为接地板（6），十字缝隙（3）及哑铃型缺槽缝（4）均在此接地板（6）上进行开槽；下层介质圆柱（2-1）；中层介质圆柱（2-2）；上层介质圆柱（2-3）。
2. 三层堆叠的介质谐振器（3）介质半径相同，而材料和高度不同。它们的高度和介电常数对天线主要影响天线的谐振频率，其尺寸对天线的轴比带宽影响较大。
3. 接地板（6）和微带馈线（5）分别位于介质基板（1）的上下两面，圆柱形介质谐振器（2）由微带线（5）通过地板（6）中心的十字缝隙（3）对其进行耦合馈电。如图3所示，十字缝隙（3）的两臂长度不相等，宽度相等，十字型耦合槽的两臂和微带馈线（5）偏置45度角，以便形成圆极化，通过控制两个缝隙的长短实现左旋或右旋圆极化。调节缝隙宽度以及微带馈线（5）的长度可以使微带天线获得良好的匹配。
4. 接地板（6）上两个级联的哑铃型槽缝（4）结构如图3所示，其位于接地板（6）上，即50欧微带线的另一侧。多槽缝级联的结构对展宽天线的阻抗带宽有明显的作用，可以很好地提高天线的性能。哑铃握柄的宽度和哑铃半径对缺陷地结构的截止频率改变有着最大的作用：握柄宽度越小，天线的截止频率就越高；当截止频率变高时，哑铃的面积也就越小。截止频率的改变也会由两个缺陷地的间距和握柄长度的改变引起，握柄长度越大，截止频率越小；两个缺陷地的间距越大，滤波器的选通性就越强。
5. 图4为天线仿真S参数，从图中可看出S11≤-10dB阻抗带宽达到27.67%，图5为天线轴比曲线图，从图中可看出AR≤3dB的轴比带宽为6.56%，而且在12.2GHz处天线的轴比大约为0.09dB。
6. 图6为天线增益图，在工作频率11GHz-14.5GHz范围内，天线的最大增益为8.2dB，最小增益为6.0dB。
7. 图7为天线在12.2GHz处的方向图。从图中可看出，天线旁瓣较低，具有较好的辐射特性。
Claims (4)
1.一种Ku波段圆极化介质谐振器天线，包括介质基板（1）上表面有一层金属接地板（6）和一条处在介质基板（1）下表面的微带馈线（5），其特征在于：
1） 在金属接地板（6）上面中心处有一个三层堆叠的介质谐振器（2）；
2） 在金属接地板（6）中心处有十字缝隙（3）；
3） 所述微带馈线（5）的内端处在所述十字缝隙（3）的正下方，微带馈线与十字缝隙（3）呈45°；
4） 金属接地板（6）上有两个级联的哑铃型槽缝（4），以展宽天线阻抗带宽。
2.根据权利要求1所述的Ku波段圆极化介质谐振器天线，其特征在于：所述三层堆叠的介质谐振器（2）为下层介质圆柱（2-1）、中层介质圆柱（2-2）和上层介质圆柱（2-3）堆叠而成，三层介质圆柱的半径相同，材料和高度不同，它们的高度和材料的介电常数对天线的主要影响是天线的谐振频率，而其尺寸对天线的轴比带宽影响较大。
3.根据权利要求1所述的Ku波段圆极化介质谐振器天线，其特征在于：三层堆叠的圆极化介质谐振器(2)由微带馈线（5）通过金属接地板（6）中心的十字缝隙（3）对其进行耦合馈电；十字缝隙（3）的两臂长度不相等，宽度相等。通过控制两个缝隙的长短实现左旋或右旋圆极化。
4.根据权利要求1所述的Ku波段圆极化介质谐振器天线，其特征在于：所述哑铃型槽缝（4）的哑铃握柄宽度越小，则天线的截止频率越高；两个哑铃型槽缝（4）间距越大，则滤波器的选通性越强。
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