CN112928477A - 一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线 - Google Patents

一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线 Download PDF

Info

Publication number
CN112928477A
CN112928477A CN202110096524.5A CN202110096524A CN112928477A CN 112928477 A CN112928477 A CN 112928477A CN 202110096524 A CN202110096524 A CN 202110096524A CN 112928477 A CN112928477 A CN 112928477A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dielectric
resonator
unit
dielectric resonator
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110096524.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112928477B (zh
Inventor
潘锦
杨茜麟
马伯远
刘贤峰
杨德强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202110096524.5A priority Critical patent/CN112928477B/zh
Publication of CN112928477A publication Critical patent/CN112928477A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112928477B publication Critical patent/CN112928477B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0485—Dielectric resonator antennas
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

本发明属于宽波束天线技术领域，具体提供一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，用以解决现有介质谐振器波束宽度较窄以及上半空间增益不平坦等技术问题。本发明中天线包括：介质谐振器1、地板2、馈缝3、介质基板4及馈线5，天线由馈线馈电、并通过地板上的馈缝耦合传导至上表面的介质谐振器；所述介质谐振器为由依次邻接的多个介质谐振单元构成的多介质复合谐振器。本发明将介质谐振器离散为多个介质谐振单元，通过各个介质谐振单元的介电常数的差异化设计形成多介质复合谐振器，利用该介质谐振器一对奇、偶高次模辐射方向图叠加的方式展宽了天线波束宽度、实现宽波束，且拥有优越的波束等化性，适用于宽波束天线的应用场合。

Description

一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线
技术领域
本发明属于宽波束天线技术领域，特别涉及一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线。
背景技术
随着信息科学技术的快速发展，在卫星导航、通信和射频识别等领域对天线的的信号覆盖范围也越来越高，也就是对天线的波束宽度提出了要求，对于如何拓宽天线的宽度也是目前学者们研究的热点。
目前为止，宽波束天线主要有微带天线、磁电偶极子天线和螺旋天线等形式；由于金属天线会在高频工作时存在较高的表面损耗和导体损耗，这类天线的辐射效率较低，在加工方面也会遇到因为尺寸太小导致的困难。介质谐振器天线被提出以来，受到了国内外研究学者的广泛关注；介质谐振器天线具有体积小、损耗低、易于激励、无表面波、设计自由度高等优点，具有很高的研究价值；然而，通常情况下，介质谐振器天线的带宽较窄，且具有上半空间增益不平坦等技术问题。随着无线通信***对带宽要求的提高，研究宽波束的介质谐振器天线具有非常实际的意义。
发明内容
本发明的目的在于针对现有介质谐振器具有波束宽度较窄以及上半空间增益不平坦等技术问题，提供一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，将介质谐振器离散为多个介质谐振单元，通过各个介质谐振单元的介电常数的差异化设计使之拼接后形成多介质复合谐振器，利用该介质谐振器一对奇、偶高次模辐射方向图叠加的方式展宽了天线波束宽度、实现宽波束，且拥有优越的波束等化性，适用于宽波束天线的应用场合。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，包括：介质谐振器1、地板2、馈缝3、介质基板4及馈线5，其中，所述地板2贴合覆盖于介质基板3的上表面、且地板的中心刻蚀有馈缝3，所述馈线5设置于介质基板3的下表面，所述介质谐振器1固定于地板2上表面、且位于地板的中心；其特征在于，
所述介质谐振器1由依次邻接的第一介质谐振单元11、第二介质谐振单元12、第三介质谐振单元13、第四介质谐振单元14、第五介质谐振单元15构成，所述第一至第七介质谐振单元的长度、高度均相同，所述第一介质谐振器单元11与第五介质谐振器单元15的介电常数相同、且宽度相同，所述第二介质谐振器单元12与第四介质谐振器单元14的介电常数相同、且宽度相同，使得介质谐振器关于xoz平面镜像对称；并且，第一介质谐振器单元11，第二介质谐振器单元12及第三介质谐振器单元13的介电常数依次递增。
进一步的，所述的介质谐振器1的第一至第五介质谐振单元均采用陶瓷材料制成。
进一步的，所述地板2的材料采用铜箔。
进一步的，所述介质基板4为层压板，采用Teflon材料制成。
进一步的，所述馈线5为铜微带线。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，通过将介质谐振器1离散化为多个介电常数和尺寸不同的介质谐振器单元，采用多目标遗传算法进行介电常数综合匹配，使介质谐振器单元的一对奇、偶模的谐振频率接近且因微扰互相耦合并同时辐射，二者方向图叠加后实现宽波束。由此可见，本发明克服了现有技术中介质谐振器天线波束宽度较窄以及上半空间增益不平坦等的技术问题，无需增加额外的加载结构的条件下展宽了天线的波束宽度，且拥有优越的波束等化性。
附图说明
图1为本发明中基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线的三维结构示意图。
图2为图1所示的宽波束多介质复合谐振器天线的主视图。
图3为图1所示的宽波束多介质复合谐振器天线的俯视图。
图4为图1所示的宽波束多介质复合谐振器天线的仰视图。
图5为本发明实施例中介质谐振器的结构示意图图。
图6是本发明实施例中阶梯型介质谐振器的TEz 212模电场分布图。
图7是本发明实施例中阶梯型介质谐振器的TEx 113模电场分布图。
图8为本发明实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的S11参数图。
图9为本发明实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的E面和H面方向图。
图10为本发明实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的俯仰角0～90°的方向图。
图11为本发明实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的水平角0～150°的方向图。
图12为本发明实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的交叉极化图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
本实施例提供一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，其结构如图1～图4所示，具体包括：介质谐振器1、地板2、馈缝3、介质基板4及馈线5；其中，
所述地板2贴合覆盖于介质基板3的上表面、且地板的中心刻蚀有馈缝3，所述馈线5设置于介质基板3的下表面，所述介质谐振器1固定于地板2上表面、且位于地板的中心，所述宽波束阶梯型介质谐振器天线由馈线5馈电、电磁波能量通过地板2中心的馈缝4耦合传导至介质谐振器1；
所述介质谐振器1采用具有对称性的多介质复合谐振器，如图5所示，由依次邻接的第一介质谐振单元11、第二介质谐振单元12、第三介质谐振单元13、第四介质谐振单元14、第五介质谐振单元15构成，所述第一至第七介质谐振单元的长度、高度均相同，所述第一介质谐振器单元11与第五介质谐振器单元15的介电常数相同、且宽度相同，所述第二介质谐振器单元12与第四介质谐振器单元14的介电常数相同、且宽度相同，使得介质谐振器关于xoz平面镜像对称；并且，第一介质谐振器单元11，第二介质谐振器单元12及第三介质谐振器单元13的介电常数依次递增。
需要说明的是，介质谐振单元的尺寸描述中，“长度”指附图中x轴方向的尺寸、“宽度”指附图中y轴方向的尺寸、“高度”指附图中z轴方向的尺寸。
本实施例中：
所述地板2的材料采用铜箔；
所述介质基板3为层压板，采用Teflon材料制成，介质基板3的相对介电常数是2.1，厚度为0.6mm，长度为50.2mm，宽度为41.4mm。
所述馈线5为铜微带线，馈线5的线宽Wms为4.34mm、长度为4.25mm，馈线5超过馈缝4边缘的距离Lstub为11.35mm，馈缝4的缝宽Ws为3.3mm、缝长Ls为9.85mm；从而使该天线与馈电结构良好匹配；
所述介质谐振器1采用陶瓷材料制成；第一介质谐振器单元11与第五介质谐振器单元15的介电常数为19，尺寸(长度×宽度×高度)为28.5mm×15.9mm×8.7mm；第二介质谐振器单元12与第四介质谐振器单元14的介电常数为14，尺寸为28.5mm×10.2mm×8.7mm，第三介质谐振器单元13的介电常数为7，尺寸为28.5mm×17.8mm×8.7mm；需要说明的是，不同介电常数的介质谐振器单元通过选择不同陶瓷材料实现，而相同介电常数的介质谐振器单元采用相同陶瓷材料。
上述基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线的工作原理在于：通过将介质谐振器1离散化为多个介电常数和尺寸不同的介质谐振器单元，采用多目标遗传算法进行介电常数综合匹配，使介质谐振器单元的一对奇、偶模的谐振频率接近(近似相同)且因微扰互相耦合并同时辐射，梯度型的介电常数分布决定了模式的场分布和激励系数，通过形状综合用简单的馈电槽激发TEz 212模，在中间放置一个高介电常数的介质谐振器单元来激发TEx 113模式，其TEx 113模电场分布图与TEz 212模电场分布图分别如图6、图7所示，由图可见，二者方向图叠加后可以展宽波束。
尤其说明的是，本发明的多介质复合谐振器中第一至第五介质谐振单元只要满足上述介电常数的差异化规律，即可实现上述工作原理，从而实现宽波束多介质复合谐振器天线的设计，而上述实施例中的具体尺寸可以根据实际天线参数进行仿真调节，即实施例中的具体尺寸并不能限定本发明；同理，所述介质基板、馈线及馈缝的具体尺寸同样可以根据实际天线参数进行仿真调节。
如图8所示为本实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的S11参数的仿真结果图，由图可见，反射系数的dB值在3.56GHz～3.92GHz低于-10；如图9所示为本实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的E面和H面方向图，由图可见，E面和H面的波束形状基本一致。如图10所示为本实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的俯仰角0～90°的方向图，由图可见，在θ＝0～90°方向图在上半空间有优异的增益平坦度，在θ＝0～80°的各水平面中增益不圆度低于2.4dB；如图11所示为本实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的水平角0～150°方向图，由图可见，
Figure BDA0002914491710000041
的各俯仰面中增益波动小于3.4dB，波束宽而平坦；且各俯仰面间增益差距小于2dB，拥有优越的波束等化性；如图12所示为本实施例中宽波束多介质复合谐振器天线的交叉极化图，由图可见，在主方向上辐射的交叉极化增益比主极化增益小30dB以上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (5)

1.一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，包括：介质谐振器(1)、地板(2)、馈缝(3)、介质基板(4)及馈线(5)，其中，所述地板贴合覆盖于介质基板的上表面、且地板的中心刻蚀有馈缝，所述馈线设置于介质基板的下表面，所述介质谐振器固定于地板上表面、且位于地板的中心；其特征在于，
所述介质谐振器由依次邻接的第一介质谐振单元(11)、第二介质谐振单元(12)、第三介质谐振单元(13)、第四介质谐振单元(14)、第五介质谐振单元(15)构成，所述第一至第七介质谐振单元的长度、高度均相同，所述第一介质谐振器单元与第五介质谐振器单元的介电常数相同、且宽度相同，所述第二介质谐振器单元与第四介质谐振器单元的介电常数相同、且宽度相同；并且，第一介质谐振器单元、第二介质谐振器单元及第三介质谐振器单元的介电常数依次递增。
2.按权利要求1所述基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，其特征在于，所述的介质谐振器1的第一至第五介质谐振单元均采用陶瓷材料制成。
3.按权利要求1所述基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，其特征在于，所述地板2的材料采用铜箔。
4.按权利要求1所述基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，其特征在于，所述介质基板4为层压板，采用Teflon材料制成。
5.按权利要求1所述基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线，其特征在于，所述馈线5为铜微带线。
CN202110096524.5A 2021-01-25 2021-01-25 一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线 Active CN112928477B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110096524.5A CN112928477B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110096524.5A CN112928477B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112928477A true CN112928477A (zh) 2021-06-08
CN112928477B CN112928477B (zh) 2022-05-03

Family

ID=76166451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110096524.5A Active CN112928477B (zh) 2021-01-25 2021-01-25 一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112928477B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113644413A (zh) * 2021-06-23 2021-11-12 深圳市信维通信股份有限公司 一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105261825A (zh) * 2015-06-16 2016-01-20 电子科技大学 由螺旋缝隙馈电的宽频宽波束圆极化介质谐振器天线
EP3075028A1 (en) * 2013-12-20 2016-10-05 University of Saskatchewan Dielectric resonator antenna arrays
CN110021823A (zh) * 2018-01-08 2019-07-16 香港城市大学 介质谐振器天线
CN110854511A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 电子科技大学 超宽带共形的多介质体介质谐振器天线及工作方法
CN111446539A (zh) * 2020-04-07 2020-07-24 中天宽带技术有限公司 一种介质谐振天线

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3075028A1 (en) * 2013-12-20 2016-10-05 University of Saskatchewan Dielectric resonator antenna arrays
CN105261825A (zh) * 2015-06-16 2016-01-20 电子科技大学 由螺旋缝隙馈电的宽频宽波束圆极化介质谐振器天线
CN110021823A (zh) * 2018-01-08 2019-07-16 香港城市大学 介质谐振器天线
CN110854511A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 电子科技大学 超宽带共形的多介质体介质谐振器天线及工作方法
CN111446539A (zh) * 2020-04-07 2020-07-24 中天宽带技术有限公司 一种介质谐振天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEI GUO等: "Wide-Beamwidth Unilateral Dielectric Resonator Antenna Using Higher-Order Mode", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS》 *
SHI-JIE SUN等: "Wide-Beam Dielectric Resonator Antenna With Attached Higher-Permittivity Dielectric Slabs", 《IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS 》 *
邹孟: "介质谐振器天线的理论与设计方法研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)信息科技辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113644413A (zh) * 2021-06-23 2021-11-12 深圳市信维通信股份有限公司 一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法
CN113644413B (zh) * 2021-06-23 2023-09-12 深圳市信维通信股份有限公司 一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112928477B (zh) 2022-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111883910B (zh) 一种双极化低剖面磁电偶极子天线及无线通信设备
CN111755825B (zh) 一种基于堆叠贴片式匹配层的宽带宽角扫描相控阵天线
CN214505767U (zh) 磁电偶极子天线
KR102430247B1 (ko) 커패시티브 결합 콤라인 마이크로스트립 배열 안테나
CN114374085A (zh) 一种面向5g毫米波双频段应用的双极化混合天线
CN113794045A (zh) 一种加载引向器的Vivaldi天线
CN101183743B (zh) 单馈低轮廓背腔双频双线性极化天线
CN114122682A (zh) 天线单元、天线阵列及电子设备
CN112928477B (zh) 一种基于方向图叠加的宽波束多介质复合谐振器天线
CN113097726B (zh) 一种双频双圆极化微带天线
CN111682312B (zh) 沿e平面非对称切割的贴片天线
JP2020031395A (ja) アンテナ装置
CN110957565B (zh) 一种用于5g基站的宽带极化可重构高增益天线
CN115189123A (zh) 一种新型高阶模微带天线及其设计方法
CN115693117A (zh) 基于siw喇叭和ebg加载振子天线的极化分集天线
CN113497357B (zh) 一种宽带双极化滤波天线
Emara et al. Design of a compact dual-frequency microstrip antenna using DGS structure for millimeter-wave applications
CN113270723A (zh) 类矩形腔体馈电的超材料结构天线
CN112928478B (zh) 一种基于高次模叠加的宽波束阶梯型介质谐振器天线
CN113410660A (zh) 具有周期圆柱结构调制的超低旁瓣基片集成波导缝隙天线阵
Li et al. High-Gain Wideband Dielectric Resonator Antenna Based on Semi-Cylindrical Grooved Structure
Venkatachari et al. A Slot Coupled Parasitic DRA Antenna using EBG wall for high Gain used for radio astronmy and space to earth applications
Chen Wideband multilayered microstrip antennas fed by coplanar waveguide-loop with and without via combinations
CN216648607U (zh) 一种圆极化微带贴片天线
CN113540775B (zh) 一种多极化天线

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant