CN1484344A - 介质谐振器式宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由安装在具有接地面的基片2上的介质谐振器1或DRA构成的宽带天线。该谐振器1被设置在距离接地面至少一条边距离为X(Xtop，Xright)处，X被选择为0≤X≤λdiel/2，其中，波长λdiel/2在谐振器的介质中确定。本发明适用于无线网络。

Description

介质谐振器式宽带天线
技术领域
本发明涉及一种由安装在具有接地面的基片上的介质谐振器构成的宽带天线。
背景技术
在与大规模市场生产相关并用于室内无线网络(domestic wirelessnetwork)的天线的开发体系中，天线中包含一种被确定为感兴趣的解决方案(interesting solution)的介质谐振器。特别是，此类型的天线在通带和辐射方面表现出良好的特性。此外，其易于采用可被表面安装的分立元件。此类型的元件以术语SMC元件而被人们所知。在大规模市场的无线通信领域，由于SMC元件允许使用廉价的基片，因而在确保设备集成的同时可导致费用的降低，所以引人关注。此外，当以SMC元件的形式开发射频功能时，即使基片的品质不高也可以获得良好的性能，因而可以得到令人满意的集成度。
此外，对吞吐量方面的新要求导致了对诸如Hyperlan2和IEEE802.11A网络之类高吞吐量的多媒体网络的使用。在这种情况下，天线必须能够保证在宽频带上的运行。目前，介质谐振器型天线或称DRA由一个由其相对介电常数决定其特性的任意形状的介质片构成。通带与该介质常数直接相关，因而限定谐振器的形状。因此，介电常数越低，DRA天线的带宽越宽，但是在此情况下，元件的体积较大。然而，在使用无线通信网络的情况下，小型化的限制要求介质谐振器天线体积的减小，可能导致与此应用所需的带宽不相容。
发明内容
因此，本发明的目的在于提出一个针对上述问题的解决方案。因此，本发明制定了一个与介质谐振器在其基片上的位置相关的设计标准，这使得能够扩展带宽而不损害其辐射。
由此本发明的主题为一种由安装在形成接地面的基片上的介质谐振器的宽带天线，其特征在于该谐振器被设置在距离接地面的至少一条边距离为X处，X被选择为0≤X≤λdiel/2，
其中，波长λdiel/2在谐振器的电介质中确定。
根据优选的实施例，形成接地面的基片由一个介质材料元件构成，该介质材料元件的至少一面镀以金属以构成谐振器或DRA的接地面。
当支撑着谐振器的表面被镀上金属时，谐振器通过通常以微带线技术形成在相反的表面上的馈线、由穿过形成在镀层上的缝隙的电磁耦合馈电。其亦可由同轴探针或共面线激励。当相反的表面被镀以金属时，谐振器通过同轴探针、由经过制成在支撑着谐振器的表面或其它表面上的馈线的直接接触馈电。
附图说明
通过阅读下文有关优选实施例的说明可以了解本发明其它的特性和优点，此说明是参照附图给出的，其中：
图1是说明介质谐振器在基片上的安装的顶视图。
图2A和2B分别为根据本发明一个具体实施例的宽带天线的截面图和顶视图。
图3表示给出作为相对于接地面的至少一边的距离X的函数的谐振器的适应性的不同曲线，以及
图4表示给出作为频率的函数的一个甚宽带谐振器的反射系数的曲线。
具体实施方式
图1给出的是一个矩形谐振器1，安装在矩形的基片2上，在该基片为介质基片时，该基片2装配有一个由诸如在其上表面形成的镀层而构成的接地面。
已发现只要谐振器与接地面的边缘较接近或远离谐振器1的位置，对其通带就有影响。因此，当例如谐振器1和基片2的边缘之间的距离Xtop或Xright中的一个足够小时，在保持相同辐射的同时谐振器的通带增加。通带的这个扩展可由接地面边缘的接近而作出解释。设其有限，由于钝边(truncated sides)将提供辐射以及由谐振器和有限接地面形成的有效结构呈现出比传统谐振器大的带宽，从而谐振器自身的作用得到了一些改进。
由此，根据本发明，当谐振器被设置为距离接地面的至少一条边为X时，可以获得一种宽带天线，X被选择为0≤X≤λdiel/2，波长λdiel/2在谐振器的介质中确定。
以下将参照附图2至4说明本发明一个实际的实施例，以一个针对由微带线技术的馈线馈电的矩形介质谐振器而展开的研究的情况。
图2示出了对应的结构，在这种情况下，谐振器10包括一个介质材料的介电常数为εr的矩形片。谐振器可由基于陶瓷或由以介质或聚丙烯填充的、polytherimide型的镀以金属的塑料制成。
实际的方式中，谐振器由介电常数εr＝12.6的介质制成。该数值对应于基底陶瓷材料的介电常数，即由制造商NTK生产的一种廉价材料，同时呈现出如下的尺寸：
a＝10mm
b＝25.8mm
d＝4.8mm
在已知的方式中，谐振器10被设置在介电常数为ε’r的介质基片上，其特征为较低的射频频率特性(即在介质特性上的严重失真和严重的介质损耗)。
如图2A所示，基片11的外表面被镀以金属并在其上表面呈现出一形成接地面的金属层12。此外，如图2B中更为清楚地示出的，谐振器10以传统的方式，通过蚀刻在先前的镀以金属的较低表面上的微带线14、由穿过形成在接地面12上的缝隙13的电磁耦合来馈电。在附图2所示的实施例中，使用的矩形基片11为一个FR4型的、呈现出大约4.4的ε’r、以及等于à0.8mm的高度h的基片。其具有大的尺寸，也就是说距离Xtop、Xleft、Xright以及Xbottom很大，即大于真空中的波长。缝隙/传输线馈电***位于谐振器的中央，即D1＝b/2而D2＝a/2。该传输线以传统的方式呈现出50Ω的特性阻抗，而缝隙的尺寸为WS＝2.4mm以及LS＝6mm。该微带线以相对于缝隙中央的等于3.3mm的悬垂长度m垂直穿过缝隙。在这些条件下，谐振器以几乎全向的辐射工作在5.25，并呈现出664MHz(12.6％)的通带。
根据本发明，谐振器10的位置被改进，使其位于接近11基片的一个拐角的位置，即接近于基片的右上角。为了示出通带的扩展，在3D电磁仿真软件中实施了作为距离Xtop，Xright的函数的模拟情况。下表给出了获得的结果。
表1
    X＝Xtop＝Xright(mm)   [Fmin-Fmax](GHz)     Band(MHz)(％)     S11(dB)
    0   [4.95-5.5]     550，10.7     -10.6
    3   [5.45-5.98]     935，17.5     -15.5
    6   [5.08-5.87]     790，14.8     -22
    9   [5.083-5.773]     690，13     -37
    12   [5.073-5.71]     637，12     -39
    15   [5.058-5.687]     629，11.95     -36
    infinite   [5.04-5.704]     664，12.6     -35.8
由表1中的结果可以看出，谐振器与接地面的边缘间的距离减小的越多，通带扩展的越多。然而根据图3可以看出，对于X的最低数值，适应电平恶化了。
此外，在充分大的距离X之前，即X＞λdiel/2，同时在此情况下，λdiel＝3/(5.25*10*√12.6)＝16mm)，谐振器的位置对通带不再具有影响，因而基本相当于具有无限大接地面的结构。
上文描述的本发明参照了矩形的谐振器。然而，对于本领域技术人员而言，该谐振器可以具有其它的形状，尤其是的正方形、圆柱的、半球状的或类似形状。此外，该谐振器使用微带线以及缝隙馈电；然而，该谐振器也可以由同轴探针或直接接触的微带线或任何形式的电磁耦合馈电。
下面将给出另一个可以获得甚宽带天线的典型具体实施例。特别地，实施的模拟可以对其作出说明，在某些由介质谐振器的尺寸限定的特定结构中，谐振器的第一高次模TE211X接近基模TE111X。此时，谐振器的位置接近接地面的一个或多个边缘，使得这两种模式的工作频率能够接近，这具有提高甚宽带适应性的效果，如图4所示。
表2给出了可获得甚宽带适应性的介质谐振器的典型尺寸。
    频率     5.3GHz
    a     10mm
    b     25.8mm
    d     4.8mm
    εr     12.6
    Xright＝Xtop     0mm
    Ls     7mm
    Ws     2.4mm
    m     4.5mm
    D1     12.9
    D2     5
    通带(GHz)带宽     (4.4-6.3)GHz1.9GHz(35％)

Claims (4)

1.一种由安装在具有接地面的基片(2，11)上的介质谐振器(1，10)构成的宽带天线，其特征在于该谐振器被设置在距离接地面至少一条边距离为X处，X被选择为0≤X≤λdiel/2，
其中，波长λdiel/2在谐振器的介质中确定。
2.根据权利要求1所述的宽带天线，其特征在于，具有接地面的基片(11)由介质材料元件构成，所述介质材料元件的至少一个表面(12)被镀以金属以形成接地面。
3.根据权利要求2所述的宽带天线，其特征在于，支撑谐振器的表面(12)被镀以金属，并且该谐振器通过在相反表面上形成的馈线(14)、由穿过形成在镀层上的缝隙(13)的耦合来馈电。
4.根据权利要求2所述的宽带天线，其特征在于，与支撑谐振器的表面相反的表面被镀以金属，而谐振器由形成在支撑谐振器的表面上的馈线来馈电。
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