CN215896721U - 一种电磁偶极子介质谐振器天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种电磁偶极子介质谐振器天线及通信设备，通过使设置在天线地上的矩形介质谐振块工作于基模TE111，从而能够将矩形介质谐振器等效为磁偶极子，并在矩形介质谐振块内设置电偶极子，使天线构成电磁偶极子天线；并且，由于电偶极子设置在矩形介质谐振块内，不需占用PCB高度，而磁偶极子由通过质谐振块等效实现，也不需要占用PCB，因此天线电磁偶极子部分的结构不需要基于PCB设计，从而降低了电磁偶极子天线的PCB层数，降低了加工打样成本。

Description

一种电磁偶极子介质谐振器天线及通信设备

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，特别是涉及一种电磁偶极子介质谐振器天线及通信设备。

背景技术

电磁偶极子天线是利用电偶极子和磁偶极子分别激励产生的辐射在E面方向图和H面方向图互补的特性实现高增益低后瓣等特性。因此，电磁偶极子天线相比于传统的采用探针激励的微带天线，具有更高的工作带宽和天线增益。

电磁偶极子天线的天线层部分是由电偶极子和磁偶极子组成。磁偶极子通常采用为环装的金属天线。电磁偶极子天线的馈电方式通常为：先通过馈电线对磁偶极子进行馈电，再通过磁偶极子与电偶极子耦合馈电，使得磁偶极子和电偶极子同时在相同频段激励产生辐射，产生的辐射在E面方向图和H面方向图补叠加后形成一个低后瓣辐射，从而使得天线具有高增益的效果。

但是，由于电偶极子存在增益理论最大值，从而使得电偶极子与天线地之间的高度至少要达到0.25λ_g(λ_g为天线介质波长)。而电偶极子与天线地之间的高度差需要通过多层PCB介质堆叠实现。因此，为了使电偶极子与磁偶极子具有较高的剖面，需要加工打样多层的PCB。而加工打样多层PCB不仅使得电磁偶极子天线的成本增加，而且较高的剖面也不利于天线的集成。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种电磁偶极子介质谐振器天线及通信设备，降低电磁偶极子天线的制造成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种电磁偶极子介质谐振器天线，包括矩形介质谐振块、电偶极子、天线地和介质层；

所述介质层的一侧设置有所述天线地；

所述天线地远离所述介质层的一侧上设置有所述矩形介质谐振块；

所述天线地与所述矩形介质谐振块对应的区域内设置有馈电缝隙以使所述矩形介质谐振块工作在基模状态；

所述电偶极子的主体设置在所述矩形介质谐振块内，所述电偶极子的馈电部的一端贯穿所述天线地并与所述介质层内的馈电结构连接。

进一步地，所述电偶极子包括电偶极子左臂和电偶极子右臂；

所述电偶极子左臂和所述电偶极子右臂对称分布；

所述电偶极子左臂的辐射部朝向所述矩形介质谐振块的一侧；

所述电偶极子右臂的辐射部朝向与所述矩形介质谐振块的所述一侧相对的另一侧；

所述馈电缝隙与所述电偶极子左臂的辐射部平行。

进一步地，所述馈电结构包括巴伦和微带；

所述巴伦的输入端用于连接输入信号，所述巴伦的输出端分别与所述电偶极子左臂的馈电部和所述电偶极子右臂的馈电部连接；

所述微带的输入端用于连接输入信号，所述微带的输出端与所述馈电缝隙耦合。

进一步地，所述巴伦包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端连接所述电偶极子左臂的馈电部，所述第二输出端连接所述电偶极子右臂的馈电部；

所述第一输出端连接线路的长度比所述第二输出端连接线路的长度长λ/2，λ为天线的中心频率波长。

进一步地，所述巴伦的所述第二输出端与所述电偶极子的连接线路成直线；

所述巴伦的所述第一输出端与所述电偶极子的连接线路成迂回折线形，其迂回长度为λ/2。

进一步地，所述微带的输出端形成的阻抗大小与所述矩形介质谐振块形成阻抗匹配。

进一步地，所述微带的输出端呈“L”形。

进一步地，还包括公分器；

所述公分器的输入端用于连接输入信号，所述公分器的第一输出端与所述微带的输入端连接，所述公分器的第二输出端与所述巴伦的输入端连接。

进一步地，所述电偶极子设置在与所述矩形介质谐振块底面的中心对应的位置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一技术方案为：

一种通信设备，包括上述电磁偶极子介质谐振器天线。

本实用新型的有益效果在于：通过使设置在天线地上的矩形介质谐振块工作于基模状态TE111，从而能够将矩形介质谐振器等效为磁偶极子，并在矩形介质谐振块内设置电偶极子，使天线构成电磁偶极子天线；并且，由于电偶极子设置在矩形介质谐振块内，不需占用PCB高度，而磁偶极子由通过质谐振块等效实现，也不需要占用PCB，因此天线电磁偶极子部分的结构不需要基于PCB设计，从而降低了电磁偶极子天线的PCB层数，降低了加工打样成本。

附图说明

图1为本实用新型实施例中的一种电磁偶极子介质谐振器天线的结构示意图侧视图；

图2为本实用新型实施例中的一种电磁偶极子介质谐振器天线的结构示意图俯视图；

图3为本实用新型实施例中的一种电磁偶极子介质谐振器天线的结构示意图仰视图；

标号说明：

1、矩形介质谐振块；2、电偶极子；21、电偶极子左臂；22、电偶极子右臂；3、天线地；4、介质层；5、馈电缝隙；6、巴伦；7、微带；8、公分器。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，一种电磁偶极子介质谐振器天线，包括矩形介质谐振块、电偶极子、天线地和介质层；

所述介质层的一侧设置有所述天线地；

所述天线地远离所述介质层的一侧上设置有所述矩形介质谐振块；

所述天线地与所述矩形介质谐振块对应的区域内设置有馈电缝隙，并使所述矩形介质谐振块工作在基模状态；

所述电偶极子的主体设置在所述矩形介质谐振块内，所述电偶极子的馈电部的一端贯穿所述天线地并与所述介质层内的馈电结构连接。

由上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：通过使设置在天线地上的矩形介质谐振块工作于基模TE111，从而能够将矩形介质谐振器等效为磁偶极子，并在矩形介质谐振块内设置电偶极子，使天线构成电磁偶极子天线；并且，由于电偶极子设置在矩形介质谐振块内，不需占用PCB高度，而磁偶极子由通过质谐振块等效实现，也不需要占用PCB，因此天线电磁偶极子部分的结构不需要基于PCB设计，从而降低了电磁偶极子天线的PCB层数，降低了加工打样成本。

进一步地，所述电偶极子包括电偶极子左臂和电偶极子右臂；

所述电偶极子左臂和所述电偶极子右臂对称分布；

所述电偶极子左臂的辐射部朝向所述矩形介质谐振块的一侧；

所述电偶极子右臂的辐射部朝向与所述矩形介质谐振块的所述一侧相对的另一侧；

所述馈电缝隙与所述电偶极子左臂的辐射部平行。

由上述描述可知，通过由电偶极子左臂和电偶极子右臂构成电偶极子，馈电缝隙与电偶极子的辐射部平行设置，从而在有限放置空间内能够同时设置馈电缝隙与电偶极子，减少了器件的整体体积。

进一步地，所述馈电结构包括巴伦和微带；

所述巴伦的输入端用于连接输入信号，所述巴伦的输出端分别与所述电偶极子左臂的馈电部和所述电偶极子右臂的馈电部连接；

所述微带的输入端用于连接输入信号，所述微带的输出端与所述馈电缝隙耦合。

由上述描述可知，通过设置微带线与馈电缝隙耦合馈电，并设置巴伦与电偶极子形成馈电，从而能够同时为矩形介质谐振块和电偶极子进行馈电，更有利于形成等效的电磁偶极子天线。

进一步地，所述巴伦包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端连接所述电偶极子左臂的馈电部，所述第二输出端连接所述电偶极子右臂的馈电部；

所述第一输出端连接线路的长度比所述第二输出端连接线路的长度长λ/2，λ为天线的中心频率波长。

由上述描述可知，通过设置巴伦的第一输出端线路的长度与第二输出端线路的长度差为λ/2，从而使得巴伦的第一输出与第二输出端之间的信号相位相差180°形成差分信号，使电偶极子左臂和电偶极子右臂获得差分信号实现电偶极子功能。

进一步地，所述巴伦的所述第二输出端与所述电偶极子的连接线路成直线；

所述巴伦的所述第一输出端与所述电偶极子的连接线路成迂回折线形，其迂回长度为λ/2。

由上述描述可知，通过将巴伦的第二输出端与电偶极子呈直线连接，巴伦的第一输出端与电偶极子呈迂回折线连接，而巴伦输出端的两条线路具有相同的起始点和终止点，从而能够通过迂回折线的长度设置对应的λ/2长度，更有利于使得两条线路之间的长度形成具有λ/2的长度差。

进一步地，所述微带的输出端形成的阻抗大小与所述矩形介质谐振块形成阻抗匹配。

由上述描述可知，通过将微带的输出端形成的阻抗大小与矩形介质谐振块形成阻抗匹配，从而提高矩形介质谐振块的辐射效果，实现更好的等效磁偶极子的效果。

进一步地，所述微带的输出端呈“L”形。

由上述描述可知，通过将微带的输出端设置为“L”形，使得微带的输出端尽可能地远离巴伦馈电线路，从而在保证微带的输出端的长度形成的阻抗与矩形介质谐振块匹配的情况下，避免微带的输出端与巴伦馈电线路之间的间距过小，进而提高馈电效果。

进一步地，还包括公分器；

所述公分器的输入端用于连接输入信号，所述公分器的第一输出端与所述微带的输入端连接，所述公分器的第二输出端与所述巴伦的输入端连接。

由上述描述可知，通过功分器将巴伦的输入端和微带的输入端连接，将原来的双端口输入通过功分器转变为单端口输入，从而使得馈电输入端能够与单端口输出射频芯片连接，提高天线的适应性。

进一步地，所述电偶极子设置在与所述矩形介质谐振块底面的中心对应的位置。

由上述描述可知，通过在矩形介质谐振块底面的中心位置设置将电偶极子，使得电偶极子产生的辐射能够更好的与矩形介质谐振块产生的辐射相匹配，从而提高整个天线的等效磁偶极子的效果。

本实用新型另一实施例提供了一种通信设备，包括上述电磁偶极子介质谐振器天线。

上述电磁偶极子介质谐振器天线能适用于5G毫米波通信***的设备中，如手持的移动设备，以下通过具体的实施方式进行说明：

实施例一

请参照图1和图2，一种电磁偶极子介质谐振器天线，包括矩形介质谐振块1、电偶极子2、天线地3和介质层4；

所述介质层4的一侧设置有所述天线地3；所述天线地3远离所述介质层4的一侧上设置有所述矩形介质谐振块1；所述天线地3与所述矩形介质谐振块1对应的区域内设置有馈电缝隙5，并使所述矩形介质谐振块1工作在基模状态；所述电偶极子2的主体设置在所述矩形介质谐振块1内，所述电偶极子2的馈电部的一端贯穿所述天线地3并与所述介质层4内的馈电结构连接；其中，工作在基模TE111模式下的所述矩形介质谐振块1的介电常数大于PCB的介电常数；因此，相对与PCB内的天线电偶极子2相比，所述矩形介质谐振块1内的天线电偶极子2在同等辐射条件下的尺寸能够更小，从而能够采用剖面更低的所述矩形介质谐振块1；

具体的，所述电偶极子2包括辐射部和馈电部，所述馈电部与所述天线地3垂直，所述辐射部与所述天线地3平行；所述电偶极子2包括电偶极子左臂21和电偶极子右臂22；所述电偶极子左臂21和所述电偶极子右臂22对称分布；所述电偶极子左臂21和所述电偶极子右臂22尺寸相同；所述电偶极子左臂21的馈电部和所述电偶极子2的馈电部之间的连线与所述矩形介质谐振块1对应的两个侧面垂直；所述电偶极子左臂21的辐射部朝向所述矩形介质谐振块1的一侧，且与所述矩形介质谐振块1的所述一侧垂直；所述电偶极子右臂22的辐射部朝向与所述矩形介质谐振块1的所述一侧相对的另一侧，且与所述矩形介质谐振块1的所述另一侧垂直；所述馈电缝隙5与所述电偶极子左臂21的辐射部平行；并且，为了最大程度上提高所述电偶极子右臂22和所述电偶极子左臂21的辐射效果，将所述电偶极子2设置在与所述矩形介质谐振块1底面的中心对应的位置；所述天线地3在与所述介质谐振块中心对应的位置上设置有圆形开槽，使得所述电偶极子右臂22的馈电部和所述电偶极子左臂21的馈电部能够贯穿所述天线地3和所述介质层4与所述介质层4内的馈电结构连接；

其中，所述电磁偶极子介质谐振器天线可通过开模的方式进加工，将塑料、金属或陶瓷熔化后放入模具中烧结成型；

在一个可选的实施方式中，所述介质谐振器天线(Dielectric ResonatorAntenna，DRA)也可采用具有高介电常数的所述矩形介质谐块；通过采用具有更高介电常数的所述矩形介质谐振块1能够大幅度的减少天线电偶极子2的尺寸，同时高介电常数的所述矩形介质谐振块1自身尺寸相对PCB的尺寸也更低，实现低剖面的介质谐振器天线。

实施例二

本实施例与实施例一的不同在用于，限定了所述馈电结构；

请参照图3，所述馈电结构包括巴伦6、微带7和公分器8；所述巴伦6的输出端分别与所述电偶极子左臂21的馈电部和所述电偶极子右臂22的馈电部连接；所述微带7的输出端与所述馈电缝隙5耦合；所述公分器8的输入端用于连接输入信号，所述公分器8的第一输出端与所述微带7的输入端连接，所述公分器8的第二输出端与所述巴伦6的输入端连接；所述巴伦6包括第一输出端和第二输出端，所述巴伦的所述第一输出端连接所述电偶极子左臂21的馈电部，所述巴伦的所述第二输出端连接所述电偶极子右臂22的馈电部；

所述微带7、所述馈电缝隙5和所述矩形介质谐振块1构成第一馈电结构；所述巴伦6、所述电偶极子左臂21和所述电偶极子右臂22构成第二馈电结构；所述公分器8将所述第一馈电结构的输入端与所述第二馈电结构的输入端连接，形成第三馈电结构，且通过所述公分器8原来需要双端口输入的天线转化为单端口输入的天线，更加贴合实际使用的场景；

其中，所述巴伦6的所述第二输出端与所述电偶极子2的连接线路成直线，为第一巴伦馈电线路；所述巴伦6的所述第一输出端与所述电偶极子2的连接线路成迂回折线形，其迂回长度为λ/2，为第二巴伦馈电线路；所述第二巴伦馈电线路包括直线部和折线部；所述直线部的总长度与所述第一线路长度相等，所述折线部的长度为λ/2，所述直线部与所述折线部间隔连接构成所述迂回折线形；从而使所述巴伦6的所述第一输出端连接线路的长度比所述第二输出端连接线路的长度长λ/2；即所述第二巴伦馈电线路的长度比所第一巴伦馈电线路的长度长λ/2，λ为天线的中心频率波长；通过所述巴伦6实现差分信号输出，即差分输出的两个输出端线路的电流反相或信号相差180°相位；

所述微带7的输出端形成的阻抗大小与所述矩形介质谐振块1形成阻抗匹配；为了避免所述微带7馈电区域与所述巴伦6馈电区域之间的间隙过小，且同时要满足形成阻抗匹配的所述微带7的长度，将所述微带7的输出端设置为“L”形；通过将所述微带7的输出端弯折呈现“L”形，有效的增加了所述微带7馈电区域与所述巴伦6馈电区域之间的间隙。

实施例三

一种通信设备，包括实施例一或二中任意一项所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线。

综上所述，本实用新型提供的一种电磁偶极子介质谐振器天线及通信设备，通过采用低剖面的且工作在基模的矩形介质谐振块或采用高介电常数的矩形介质谐振块等效为磁偶极子，在矩形介质谐振块内设置电偶极子，使天线构成等效的电磁偶极子天线；而通过矩形介质谐振等效的电磁偶极子天线相比传统的基于PCB的电磁偶极子天线具有更低的剖面；再通过微带、巴伦和公分器共同形成馈电结构，实现阻抗匹配、电偶极子的差分信号输入和由双端口信号输入转化为单端口信号输入的天线，从不同的方面共同提高等效的电磁偶极子天线的辐射效果；同时，由于电偶极子设置在矩形介质谐振块内，不需占用PCB高度，而磁偶极子由通过质谐振块等效实现，也不需要占用PCB，因此天线电磁偶极子部分的结构不需要基于PCB设计，从而降低了电磁偶极子天线的PCB层数，减少了电磁偶极子天线加工打样的成本。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，包括矩形介质谐振块、电偶极子、天线地和介质层；

所述介质层的一侧设置有所述天线地；

所述天线地远离所述介质层的一侧上设置有所述矩形介质谐振块；

所述天线地与所述矩形介质谐振块的对应的区域内设置有馈电缝隙；

所述电偶极子的主体设置在所述矩形介质谐振块内，所述电偶极子的馈电部的一端贯穿所述天线地并与所述介质层内的馈电结构连接。

2.根据权利要求1所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，所述电偶极子包括电偶极子左臂和电偶极子右臂；

所述电偶极子左臂和所述电偶极子右臂对称分布；

所述电偶极子左臂的辐射部朝向所述矩形介质谐振块的一侧；

所述电偶极子右臂的辐射部朝向与所述矩形介质谐振块的所述一侧相对的另一侧；

所述馈电缝隙与所述电偶极子左臂的辐射部平行。

3.根据权利要求2所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，所述馈电结构包括巴伦和微带；

所述巴伦的输入端用于连接输入信号，所述巴伦的输出端分别与所述电偶极子左臂的馈电部和所述电偶极子右臂的馈电部连接；

所述微带的输入端用于连接输入信号，所述微带的输出端与所述馈电缝隙耦合。

4.根据权利要求3所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，所述巴伦包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端连接所述电偶极子左臂的馈电部，所述第二输出端连接所述电偶极子右臂的馈电部；

所述第一输出端连接线路的长度比所述第二输出端连接线路的长度长λ/2，λ为天线的中心频率波长。

5.根据权利要求4所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，所述巴伦的所述第二输出端与所述电偶极子的连接线路成直线；

所述巴伦的所述第一输出端与所述电偶极子的连接线路成迂回折线形，其迂回长度为λ/2。

6.根据权利要求3所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，所述微带的输出端形成的阻抗大小与所述矩形介质谐振块形成阻抗匹配。

7.根据权利要求6所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，所述微带的输出端呈“L”形。

8.根据权利要求3所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，还包括公分器；

所述公分器的输入端用于连接输入信号，所述公分器的第一输出端与所述微带的输入端连接，所述公分器的第二输出端与所述巴伦的输入端连接。

9.根据权利要求1所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线，其特征在于，所述电偶极子设置在与所述矩形介质谐振块底面的中心对应的位置。

10.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求1至9中任意一项所述的一种电磁偶极子介质谐振器天线。

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