CN112271437A - 一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线 - Google Patents

一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线 Download PDF

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方晓生
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Abstract

本发明实施例公开了一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，包括：介质基板，上侧具有接地平面；介质谐振器元件，布置在所述接地平面上；导电馈电组件，用于激励所述介质谐振器元件工作于两个或以上介质谐振器模式。采用本发明，通过在一种介质谐振天线中实现了至少两个介质谐振模式，实现单端口差分馈电，且具有宽带优点。

Description

一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线
技术领域
本发明涉及一种介质谐振器天线，尤其涉及一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线。
背景技术
目前，差分电路在通信***中得到了广泛的应用，它具有谐波抑制和抗噪声的能力。而差分天线由于可以直接与差分电路集成而受到越来越多的关注。此外，差分天线能够产生对称和稳定的辐射方向图。
然而，虽然目前差分介质谐振器天线的研究工作较多，但其阻抗带宽相对有限。引进新的谐振模式可以拓宽其阻抗带宽。比如，利用一对金属枝节加载在介质谐振器天线上，激发出额外的谐振模式，从而达到增加带宽的目的。但是，这种方法需要考虑介质谐振器天线和金属枝节两者模式的辐射一致性。由于矩形介质谐振器天线的基模(TE111y模)和高次模(TE113y模)都具有相同的辐射方向，所以在设计时无需考虑它们的辐射一致性。因此，本专利提出一种利用高次模式来拓宽带宽的差分介质谐振器天线。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线。可拓宽阻抗带宽。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，包括：介质基板，上侧具有接地平面；
介质谐振器元件，布置在所述接地平面上；
导电馈电组件，用于激励所述介质谐振器元件工作于两个或以上介质谐振器模式。
其中，所述导电馈电组件激励所述介质谐振器元件工作于第一介质谐振器模式和第二介质谐振器模式。
其中，所述第一介质谐振器模式为TE111y模式，所述第二介质谐振器模式为TE113y模式。
其中，所述导电馈电组件包括180°混合耦合器和一对金属贴带，所述一对金属贴带分别连接于所述介质谐振器元件与所述180°混合耦合器之间。
其中，所述180°混合耦合器用于为所述介质谐振器元件提供两种相异相位的信号。
其中，所述180°混合耦合器布置于所述介质基板的下侧。
其中，所述一对金属贴带布置于所述介质谐振器元件的两个相对面上。
其中，所述介质谐振器元件包括矩形主体，所述矩形主体设置有空气穴。
其中，所述矩形主体下部具有设置于所述介质基板上的四个支撑矩形脚。
所述矩形主体的长宽高均为22mm，所述四个支撑矩形脚的长为8mm，宽为4mm，高为8mm。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明通过在一种介质谐振天线中实现了至少两个介质谐振模式，实现单端口差分馈电，且具有宽带优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例的侧视图；
图2是图1的俯视图；
图3是图1的介质谐振器天线的介质基板上的180°混合耦合器的平面图；
图4是图1的介质谐振器天线的模拟和测量的反射系数(dB)的图；
图5是示出在3.25GHz，图1的介质谐振器天线中的E面(x－z)平面和H面(y－z)平面中的模拟和测量的辐射方向图；
图6是示出在4.25GHz，图1的介质谐振器天线中的E面(x－z)平面和H面(y－z)平面中的模拟和测量的辐射方向图；
图7是图1的介质谐振器天线的模拟和测量的增益的图。
其中，100：天线；102：介质谐振器元件；104：介质基板；106：接地平面；108：180°混合耦合器；110：过孔；112：金属贴带；114：空气穴；144：馈电端口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参照图1～图3所述的结构示意图，示出了本发明实施例中的介质谐振器天线100。介质谐振器天线100是一个基于高次模的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，用于提供宽带阻抗带宽。
介质谐振器天线100包括介质基板104、介质谐振器元件102、导电馈电组件，导电馈电组件包括180°混合耦合器108和一对金属贴带112。
介质基板104的上侧表面具有接地平面106，介质谐振器元件102固定设置于接地平面106上，180°混合耦合器108设置于介质基板104的下侧表面。
在本实施方式中，介质谐振器元件102包括矩形主体，矩形主体被设置成空心矩形，其形式上就是一个大尺寸形成矩形主体的介质谐振器元件与四个小尺寸的形成支撑矩形脚的介质谐振器元件拼接而成。
180°混合耦合器108用于实现单端口差分馈电；金属贴带112总共有两条，分别被设置在两个对向支撑矩形脚的外侧面，通过过孔110与180°混合耦合器108连接，用于为介质谐振器元件102输入差分信号。
四个支撑矩形脚之间的间隙空间形成空气穴114。
在一个实例中，介质谐振器元件102的介电常数εr为6.85，介质基板104的介电常数εrs为2.95，其具体的尺寸如图1～3所示。
图4示出了所提出的差分空心矩形介质谐振器天线的模拟反射系数和实测反射系数。如图4所示，得到了测量值与模拟值的具有合理的一致性。与预期相同，介质谐振器天线100的TE111y模式和TE113y模式合并在一起，形成一个阻抗带宽为44％(3.02－4.73GHz)的宽频带差分介质谐振器天线。
图5与图6分别示出了所述的差分空心矩形介质谐振器天线在两种谐振频率(3.25GHz和4.25GHz)的模拟和测量的TE111y模式和TE113y模式的辐射模式。从图中可以看出，这两种谐振模式对E面(x－z)平面和H面(y－z)平面都具有预期的横向辐射模式。在每个平面上，在正天顶方向上，交叉极化场比主极化场弱20dB以上。
图7示出了所述的宽带差分空心矩形介质谐振器天线的模拟和测量的天线增益。由图可知，第一和第二峰值增益分别为6.54dBi(3.1GHz)和6.21dBi(4.3GHz)。
本发明的上述实施方式提供了一种宽带差分空心矩形介质谐振器天线。有利的是，本发明中的宽带差分空心矩形介质谐振器天线可以提供宽带宽，其阻抗带宽可以达到44％，与现在的工作相比，这是一个新的高度。
本发明已经在这里详细介绍和描绘了，习之技术人员为达到同样的目的可以设计可替代的方案。例如，辐射方向图携带的信息本质上也可以是数字或模拟的。所以，覆盖所有这些替代方案的权利要求书意在落入本发明的精神和范围。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，包括：
介质基板，上侧具有接地平面；
介质谐振器元件，布置在所述接地平面上；
导电馈电组件，用于激励所述介质谐振器元件工作于两个或以上介质谐振器模式。
2.根据权利要求1所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述导电馈电组件激励所述介质谐振器元件工作于第一介质谐振器模式和第二介质谐振器模式。
3.根据权利要求2所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述第一介质谐振器模式为TE111y模式，所述第二介质谐振器模式为TE113y模式。
4.根据权利要求3所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述导电馈电组件包括180°混合耦合器和一对金属贴带，所述一对金属贴带分别连接于所述介质谐振器元件与所述180°混合耦合器之间。
5.根据权利要求4所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述180°混合耦合器用于为所述介质谐振器元件提供两种相异相位的信号。
6.根据权利要求5所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述180°混合耦合器布置于所述介质基板的下侧。
7.根据权利要求5所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述一对金属贴带布置于所述介质谐振器元件的两个相对面上。
8.根据权利要求1－7任一项所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述介质谐振器元件包括矩形主体，所述矩形主体设置有空气穴。
9.根据权利要求8所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述矩形主体下部具有设置于所述介质基板上的四个支撑矩形脚。
10.根据权利要求9所述的基于高次模式的宽带差分空心矩形介质谐振器天线，其特征在于，所述矩形主体的长宽高均为22mm，所述四个支撑矩形脚的长为8mm，宽为4mm，高为8mm。
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