CN104993239A - 一种高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线 - Google Patents
一种高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线 Download PDFInfo
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Abstract
一种高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，包括基板、馈电端口、微带馈线以及矩形介质块，矩形介质块固定在基板上表面的中心位置，矩形介质块包括内层矩形介质块和外层矩形介质块，基板上开设有四条相互垂直的线形槽，四条线形槽呈正方形分布，基板的中心位置开设有一条竖直方向的圆柱形槽,馈电端口有三个，一馈电端口位于基板上的圆柱形槽的中心处且其采用同轴线直接馈电，该馈电端口激励出一个垂直极化波；另外两馈电端口分别位于基板相邻的两侧，通过连接基板底部的微带馈线分别激励四条线形槽，这两个馈电端口激励出两个相互垂直的水平极化波，这样实现了三个方向的极化辐射，且交叉极化小，端口间隔离度高，体积较小，容易加工组装。
Description
技术领域
本发明属于多极化天线技术领域，更具体的说涉及一种三极化介质谐振天线，该天线具有高隔离度低交叉极化的特点。
背景技术
随着无线电技术的蓬勃发展，多极化天线被已经被业界广泛的关注和深入研究。尤其是在无线通信和雷达***中，多极化天线有着广泛的用途。例如：无线通信中，多极化天线可实现极化分集，抑制信道衰落，提高***信噪比；卫星通信中采用极化分集技术可以提高频谱利用率；RFID(Radio FrequencyIdentification)***中可利用天线的多极化工作来实现收发信道的隔离；SAR(Synthetic Aperture Radar)雷达***采用多极化来显著地增加散射数据的信息量。
在众多天线设计方法中，采用介质谐振天线实现多极化是一种新颖的天线设计方法。介质谐振天线是由介质谐振器演变而来的，而介质谐振器作为储能器件，常被用作滤波器或振荡器。1939年，斯坦福大学的R.D.Richmyer证明了介质谐振器除了可以存储能量外，还可向外辐射能量。而这个想法由于当时的介质材料和工艺的限制，未被广大学者接受。1967年，Tisi和Sager首次研究将DR用作小天线设计。1975年V.Bladel采用理论推导得出了介质谐振器外部辐射场及内部谐振场性质。之后，其研究团队又得出关于柱形圆环介质谐振器的Q值、基模的谐振频率、场形分布等研究结果。1983年，Long S.A.教授的研究团队首次***地提出了DRA概念，并分别对圆柱形、矩形和半球形DRA做了详细的研究及报导。从此之后介质谐振天线得到越来越多学者的关注和深入研究。
由于介质谐振天线采用非金属材料的介质加工而成，而介质的介电常数种类较多，因而介质谐振天线设计灵活，且采用高介电常数可以缩小介质谐振天线的体积。另外介质谐振天线的几何外形多样，可以设计组合成各种形状，是一种实用的小型化天线。与传统金属天线相比，介质谐振天线具有具有谐振模式丰富、设计灵活度高、尺寸小等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，该介质谐振天线可应用于通信***的极化分集和雷达***抗干扰。
本发明的技术方案是：
一种高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，包括基板、馈电端口以及位于基板下表面的微带馈线，其特征在于：还包括一矩形介质块，所述矩形介质块固定在基板上表面的中心位置，所述矩形介质块包括内层矩形介质块和外层矩形介质块，所述内层矩形介质块设置在外层矩形介质块的内部，且所述内层矩形介质块和外层矩形介质块的下表面齐平且两矩形介质块的下表面的中心与基板上表面的中心重合；
基板上开设有四条相互垂直的线形槽，四条线形槽呈正方形分布，相邻线形槽首尾之间的间距相等，四条线形槽围合呈的正方形的中心与基板上表面的中心重合，所述基板的中心位置开设有一条竖直方向的圆柱形槽，所述内层矩形介质块和外层矩形介质块的中心位置设有与基板上圆柱形槽相贯通的竖直方向的圆柱形槽；
所述馈电端口有三个，分别为第一馈电端口、第二馈电端口和第三馈电端口；第一馈电端口位于基板上的圆柱形槽的中心处，第一馈电端口采用同轴线直接馈电；第二馈电端口和第三馈电端口位于基板相邻的两侧，通过连接基板底部的微带馈线分别激励四条线形槽；第二馈电端口和第三馈电端口激励出两个相互垂直的水平极化波，第一馈电端口激励出一个垂直极化波，形成三个方向的极化辐射。
本发明中，所述外层矩形介质块的介电常数为9-10，内层矩形介质块的介电常数为15-18。
本发明中，基板为方形基板，基板采用的型号为Rogers4350微波基板。基板上层是金属的，基板的底部设有微带馈线。
本发明中，所述三个馈电端口相互的隔离度均大于20dB，交叉极化小于-30dB。
本发明的有益效果：
该天线实现了三个方向的极化辐射，且交叉极化小，端口间隔离度高，体积较小，容易加工组装。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的侧视剖面结构示意图；
图3是本发明基板上表面结构示意图；
图4是本发明基板下表面结构示意图。
图中：1、基板；2、矩形介质块；201、内层矩形介质块；202、外层矩形介质块；3、第一馈电端口；4、第二馈电端口；5、第三馈电端口；6、微带馈线；7、线形槽。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参照图1，一种高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，包括基板1、馈电端口以及位于基板1下表面的微带馈线6，还包括一矩形介质块2，所述矩形介质块2固定在基板1上表面的中心位置，所述矩形介质块2包括内层矩形介质块201和外层矩形介质块202，所述外层矩形介质块202的介电常数为9-10，内层矩形介质块201的介电常数为15-18。内层采用高介电常数可以调整垂直极化波的谐振频率，使之与水平极化波一致，而对于水平极化波的影响不大。
所述内层矩形介质块201设置在外层矩形介质块202的内部，且所述内层矩形介质块201和外层矩形介质块202的下表面齐平且两矩形介质块的下表面的中心与基板1上表面的中心重合；
基板1为方形基板，基板1采用型号为Rogers4350微波基板，基板上层是金属的，底部设有微带馈线。基板1上开设有四条相互垂直的线形槽7，四条线形槽7呈正方形分布，相邻线形槽7首尾之间的间距相等，四条线形槽7围合呈的正方形的中心与基板1上表面的中心重合，所述基板1的中心位置开设有一条竖直方向的圆柱形槽，所述内层矩形介质块201和外层矩形介质块202的中心位置设有与基板1上圆柱形槽相贯通的竖直方向的圆柱形槽。
所述馈电端口有三个，分别为第一馈电端口3、第二馈电端口4和第三馈电端口5，第一馈电端口3位于基板1上的圆柱形槽的中心处，第一馈电端口3采用同轴线直接馈电，第二馈电端口4和第三馈电端口5位于基板1相邻的两侧，通过基板1底部的微带馈线6分别激励四条线形槽，第二馈电端口4和第三馈电端口5激励出两个相互垂直的水平极化波，第一馈电端口4激励出一个垂直极化波，形成三个方向的极化辐射。
当采用如图所示的馈电方式时，三个端口分别激励出两个相互垂直的水平极化波和一个垂直极化波。三个极化状态工作于不同模式。但三者工作频率相近。其中两个水平极化的方向图相似，为顶端辐射，垂直极化为全向辐射，并且有效频带范围内辐射方向图稳定。三个端口相互的隔离度均大于20dB，交叉极化小于-30dB。并且通过选取尺寸参数不同的介质块儿和馈线，可设计出具有相似性能，用于不同频段的三极化介质谐振天线。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。
Claims (5)
1.一种高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，包括基板、馈电端口以及位于基板下表面的微带馈线，其特征在于：还包括一矩形介质块，所述矩形介质块固定在基板上表面的中心位置，所述矩形介质块包括内层矩形介质块和外层矩形介质块，所述内层矩形介质块设置在外层矩形介质块的内部，且所述内层矩形介质块和外层矩形介质块的下表面齐平且两矩形介质块的下表面的中心与基板上表面的中心重合；
基板上开设有四条相互垂直的线形槽，四条线形槽呈正方形分布，相邻线形槽首尾之间的间距相等，四条线形槽围合呈的正方形的中心与基板上表面的中心重合，所述基板的中心位置开设有一条竖直方向的圆柱形槽，所述内层矩形介质块和外层矩形介质块的中心位置设有与基板上圆柱形槽相贯通的竖直方向的圆柱形槽；
所述馈电端口有三个，分别为第一馈电端口、第二馈电端口和第三馈电端口；第一馈电端口位于基板上的圆柱形槽的中心处，第一馈电端口采用同轴线直接馈电；第二馈电端口和第三馈电端口位于基板相邻的两侧，通过连接基板底部的微带馈线分别激励四条线形槽；第二馈电端口和第三馈电端口激励出两个相互垂直的水平极化波，第一馈电端口激励出一个垂直极化波，形成三个方向的极化辐射。
2.根据权利要求1所述的高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，其特征在于：所述外层矩形介质块的介电常数为9-10，内层矩形介质块的介电常数为15-18。
3.根据权利要求1所述的高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，其特征在于：基板为方形基板，基板采用的型号为Rogers4350微波基板。
4.根据权利要求3所述的高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，其特征在于：基板上层是金属的，基板的底部设有微带馈线。
5.根据权利要求1所述的高隔离度低交叉极化的三极化介质谐振天线，其特征在于：所述三个馈电端口相互的隔离度均大于20dB，交叉极化小于-30dB。
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