CN110649383B - 一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，至少包括：介质基板和介质谐振器,两者相互平行且上下叠层设置；所述介质基板上表面设置有金属地板，所述金属地板尺寸与介质基板一致；所述介质基板下表面设置有馈电微带线，所述馈电微带线处于介质基板的中间对称线上；所述介质基板的中间对称线上设有金属化过孔，所述金属化过孔与所述馈电微带线相连。该天线利用L形槽和探针双馈特性，同时激励了介质谐振器和L形槽的辐射模式，在较宽的频带上实现了双圆极化性能，可以应用于无线通信***中。

Description

一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体涉及一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线。
背景技术
随着轻质量，高辐射效率和低成本的需求，介质天线在无线通信***中得到了广泛的研究。圆极化的介质谐振器由于其低极化失配和低多径干扰而备受关注。同时，双圆极化天线可同时接收和发射左旋或者右旋圆极化波，由于无线通信***的快速发展，对具有双圆极化操作频带的天线的需求也越来越大。
现有技术公开了一种单馈圆极化介质谐振器天线,包括：介质基板,所述介质基板的下表面设置有微带线,上表面设置有金属大地层,金属大地层开设有用于与微带线配合进行耦合馈电的耦合槽；顶层辐射单元,包括一个带条介质谐振器和一个空心的双层介质谐振器；其中,双层介质谐振器设置于金属大地层上并覆盖所述耦合槽；带条介质谐振器设置于所述金属大地层上,并位于所述双层介质谐振器内的空心区域,其中,所述带条介质谐振器自垂直于微带线的方向,在水平面内绕自身中心点沿从上而下视角的逆时针方向转动预设角度形成,以实现从线极化波向圆极化波的转换。
现有技术公开了一种双频圆极化矩形介质谐振器,属于电子技术领域。该天线包括矩形介质基片、设置于介质基片背面的微带线、设置于介质基片正面的刻蚀有改进型圆环缝隙的金属接地板以及设置于接地板上层中心位置的矩形介质块。这款天线主模和可以在低频段产生圆极化辐射；高次模和可以在高频段产生圆极化辐射,通过两者的组合,就能够实现DRA的双频圆极化性能。
发明内容
本发明提供了一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线。该天线利用微带线对L形槽和探针进行双馈，同时激励了介质谐振器和L形槽的辐射模式，在较宽的频带上实现了双圆极化性能。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征是：至少包括：介质基板和介质谐振器,两者相互平行且上下叠层设置；
所述介质基板上表面设置有金属地板，所述金属地板尺寸与介质基板一致；
所述介质基板下表面设置有馈电微带线，所述馈电微带线处于介质基板的中间对称线上；
所述介质基板的中间对称线上设有金属化过孔，所述金属化过孔与所述馈电微带线相连；
所述金属地板开有L形槽和圆形槽，所述的圆形槽与金属化过孔同心，半径大于金属化过孔半径，圆形槽包围所述金属化过孔；L形槽包括一长直角边和短直角边；
所述馈电微带线置于所述L形槽下方，所述L形槽，将其与所述金属地板隔绝；
所述介质谐振器位于介质基板中间位置，介质谐振器覆盖着部分馈电微带线和L形槽；
包括一金属探针，位于所述介质谐振器一侧，金属探针位于所述金属化过孔上方相连，并与之相连；
所述馈电微带线伸向介质基板的端头，端头连接SMA接头的内芯，所述金属地板接于所述SMA接头外皮。
所述的介质谐振器由两个尺寸相同的直角三角形通过直角重合连接而成，使两个尺寸相同的直角三角形斜边平行对开，两个尺寸相同的直角三角短直角边和长直角边在方型介质基板1上形成左右和上下分布结构。
所述的两个尺寸相同的直角三角形其中的一个短直角边通过金属化过孔圆心，另外一个直角三角形长直角边通过覆盖着部分L形槽的长直角边。
所述的两个尺寸相同的直角三角形尺寸为33mm×50mm。
所述的两个尺寸相同的直角三角形通过直角重合连接后形成短和长的尺寸为63.5mm×96mm，高度为19mm。
所述的介质谐振器相对介电常数为9.8。
所述的L形槽两边长分别为12mm和32mm，宽为4mm。
所述的介质基板和金属地板的面积均为150×150mm2，介质基板厚度为1mm，相对介电常数为2.65。
所述的金属探针宽为0.5mm高为19mm。
所述的馈电微带线长为93mm，宽为2.8mm。
本发明具有如下优点：
该天线利用介质谐振器和缝隙的混合模式，较好实现双圆极化特性，并具有结构简单容易加工，体积小，重量轻，低成本等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的天线顶层俯视图。
图2为本发明实施例提供的天线左视图。
图3为本发明实施例提供的天线底层俯视图。
图4为本发明实施例提供的天线的S参数图。
图5为本发明实施例提供的天线的轴比图。
图6为本发明实施例提供的天线的增益图。
图7为本发明实施例提供的天线在2.11 GHz时的方向图。
图8为本发明实施例提供的天线在2.39 GHz时的方向图。
图9为本发明实施例提供的天线在3.05 GHz时的方向图。
图10为本发明实施例提供的天线在3.30 GHz时的方向图。
图中：1、介质基板；2、介质谐振器；3、馈电微带线；4、金属地板；5、金属化过孔；6、L形槽；7、圆形槽；8、金属探针；9、SMA接头。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例
如图1所示，如图1和图2所示，一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，至少包括：介质基板1和介质谐振器2,两者相互平行且上下叠层设置；
所述介质基板1上表面设置有金属地板4，所述金属地板4尺寸与介质基板1一致；
所述介质基板1下表面设置有馈电微带线3，所述馈电微带线3处于介质基板1的中间对称线上；
所述介质基板1的中间对称线上设有金属化过孔5，所述金属化过孔5与所述馈电微带线3相连；
所述金属地板4开有L形槽6和圆形槽7，所述的圆形槽7与金属化过孔5同心，半径大于金属化过孔5半径，圆形槽7包围所述金属化过孔5；L形槽6包括一长直角边和短直角边；
所述馈电微带线3置于所述L形槽6下方，所述L形槽6，将其与所述金属地板4隔绝；
所述介质谐振器2位于介质基板1中间位置，介质谐振器2覆盖着部分馈电微带线3和L形槽6；
包括一金属探针8，位于所述介质谐振器2一侧，金属探针8位于所述金属化过孔5上方相连，并与之相连；
所述馈电微带线3伸向介质基板1的端头，端头连接SMA接头9的内芯，所述金属地板4接于所述SMA接头6外皮。
图1中，所述的介质谐振器2由两个尺寸相同的直角三角形通过直角重合连接而成，使两个尺寸相同的直角三角形斜边平行对开，两个尺寸相同的直角三角短直角边和长直角边在方型介质基板1上形成左右和上下分布结构。
所述的两个尺寸相同的直角三角形其中的一个短直角边通过金属化过孔5圆心，另外一个直角三角形长直角边通过覆盖着部分L形槽6的长直角边。
所述的两个尺寸相同的直角三角形尺寸为33mm×50mm。
所述的两个尺寸相同的直角三角形通过直角重合连接后形成短和长的尺寸为63.5mm×96mm，高度为19mm。
所述的介质谐振器2相对介电常数为9.8。
所述的L形槽6两边长分别为12mm和32mm，宽为4mm。
如图2所示，介质基板1和金属地板4的面积均为150×150mm2，介质基板厚度为1mm，相对介电常数为2.65。
金属探针8宽为0.5mm高为19mm。
图3中，馈电微带线3长为93mm，宽为2.8mm。
具体尺寸的选取仅为本发明实施例中所选用，对于本领域的技术人员来说，可以根据实际需要对各部分的尺寸进行适当的调整。
当SMA接头9对馈电微带线3馈电时，馈电微带线3同时对L形槽6和金属探针8进行馈电，介质谐振器同时受到L形槽6和金属探针8激励，产生介质谐振器的基模和高次模，与此同时，L形槽6在产生激励场的同时，也产生辐射场，及缝隙辐射模式。在低频段，介质谐振器模式为主导模式，在高频段缝隙模式为主导模式，从而天线产生宽带双圆极化特性。
本发明可以通过调节介质谐振器2的长和宽调节频带内中间两个谐振频点，通过L形槽6的尺寸调节最低的和最高的谐振频点。
本发明可以通过调节介质谐振器2的长和宽，L形槽5，以及L形槽5的位置进行优化轴比。
实施例的回波损耗曲线仿真和测试结果如图4所示，测试结果表明，天线在低频段的-10-dB的阻抗带宽为 63.7％(1.78-3.38 GHz)，表明该天线实现了宽带工作。
实施例的回波损耗曲线仿真和测试结果如图4所示，测试结果表明，天线在低频段的-10-dB的阻抗带宽为 63.7％(1.78-3.38 GHz)，表明该天线实现了宽带工作。
实施例的圆极化轴比曲线仿真和测试结果如图 5 所示，测试结果表明，本实施例在低频段实现的是左旋圆极化，-3 dB 轴比带宽为 22.7％ (1.99-2.50 GHz)，高频段实现的是右旋圆极化 -3 dB 轴比带宽为 15.7％ (2.93-3.43 GHz), 表明该天线在两个频段上都实现了圆极化。
实施例的圆极化增益仿真和测试结果如图 6 所示，测试结果表明，低频段中心频率 2.25 GHz 处增益为 5.86 dBi，为左旋圆极化，高频段中心频率 3.18GHz 处增益为2.29 dBi，为右旋圆极化，表明该天线实现双圆极化。
图7、图8、图9和图10分别为本天线在频率为2.11 GHz，2.39GHz，3.05 GHz和3.30GHz时天线的辐射方向图。可以看出，本天线在工作频段内具有较为稳定的方向图，说明本发明应用于无线通信***中的宽带圆极化定向天线具有良好的辐射特性。
与现有技术相比，本发明结构简单，易于加工，成本低廉，并具有较好阻抗带宽，轴比带宽和增益带宽。其远区辐射方向图在公用带宽内较为稳定，因此可适用于双频双圆极化的无线通信***中。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征是：至少包括：介质基板（1）和介质谐振器（2）,两者相互平行且上下叠层设置；
所述介质基板（1）上表面设置有金属地板（4），所述金属地板（4）尺寸与介质基板（1）一致；
所述介质基板（1）下表面设置有馈电微带线（3），所述馈电微带线（3）处于介质基板（1）的中间对称线上；
所述介质基板（1）的中间对称线上设有金属化过孔（5），所述金属化过孔（5）与所述馈电微带线（3）相连；
所述金属地板（4）开有L形槽（6）和圆形槽（7），所述的圆形槽（7）与金属化过孔（5）同心，半径大于金属化过孔（5）半径，圆形槽（7）包围所述金属化过孔（5）；L形槽（6）包括一长直角边和短直角边；
所述馈电微带线（3）置于所述L形槽（6）下方，所述L形槽（6），将其与所述金属地板（4）隔绝；
所述介质谐振器（2）位于介质基板（1）中间位置，介质谐振器（2）覆盖着部分馈电微带线（3）和L形槽（6）；
包括一金属探针（8），位于所述介质谐振器（2）一侧，金属探针（8）位于所述金属化过孔（5）上方，并与之相连；
所述馈电微带线（3）伸向介质基板（1）的端头，端头连接SMA接头（9）的内芯，所述金属地板（4）接于所述SMA接头（9）外皮；
所述的介质谐振器（2）由两个尺寸相同的直角三角形通过直角重合连接而成，使两个尺寸相同的直角三角形斜边平行对开，两个尺寸相同的直角三角短直角边和长直角边在方型介质基板（1）上形成左右和上下分布结构；
所述的两个尺寸相同的直角三角形其中的一个短直角边通过金属化过孔（5）圆心，另外一个直角三角形长直角边通过覆盖着部分L形槽（6）的长直角边。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，所述的两个尺寸相同的直角三角形尺寸为33mm×50mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，所述的两个尺寸相同的直角三角形通过直角重合连接后形成短和长的尺寸为63.5mm×96mm，高度为19mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，所述的介质谐振器（2）相对介电常数为9.8。
5.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，所述的L形槽（6）两边长分别为12mm和32mm，宽为4mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，所述的介质基板（1）和金属地板（4）的面积均为150×150mm2，介质基板厚度为1mm，相对介电常数为2.65。
7.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，所述的金属探针（8）宽为0.5mm高为19mm。
8.根据权利要求1所述的一种基于介质谐振器加载的宽带双圆极化天线，其特征在于，所述的馈电微带线（3）长为93mm，宽为2.8mm。
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