單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線的制作方法

專利名稱：單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領域本實用新型屬于一種通信系統(tǒng)用介質(zhì)諧振器天線，特別是一種適用于移動通信和衛(wèi)星通信用的單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線。
二背景技術(shù)：
介質(zhì)諧振器在微波技術(shù)領域有著極其廣泛的應用，它的主要優(yōu)點在于尺寸小、重量輕、成本低、無金屬損耗以及品質(zhì)因數(shù)高和易于集成。介質(zhì)諧振器可作為一種有效的輻射單元而用于通信系統(tǒng)的收發(fā)天線，稱作介質(zhì)諧振器天線。現(xiàn)有技術(shù)RigorousAnalysis of Dielectric Resonator Antenna Using the Method of Moments.Ph.D.Dissertation，the Chinese University of Hong Kong，May 1993中，公開了一種半球形介質(zhì)諧振器天線，它是由半球形介質(zhì)諧振器、接地板、同軸探針或矩形窄縫等組成，作用時利用同軸探針直接完成激勵，或者通過微帶接地板上的矩形窄縫進行激勵。但這兩種激勵方式均不能使半球形介質(zhì)諧振器天線激發(fā)出圓極化波，原因在于同軸探針和矩形窄縫分別等效于電偶極子和磁偶極子，而單個的電偶極子或磁偶極子是典型的線極化天線，它不產(chǎn)生圓極化波。圓極化波的優(yōu)點在于它可包含線極化波的全部偏向和信息，對天線安裝的方位要求也不是很嚴格，并可減少由雨滴引起的電磁波衰減，所以特別適合于移動通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。所以上述結(jié)構(gòu)要想產(chǎn)生圓極化波，就必須采用多個同軸探針或矩形窄縫布局，這樣又造成了結(jié)構(gòu)復雜，體積和成本增大等缺點。因此它只適用于一般的通信系統(tǒng)。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種既滿足于普通通信系統(tǒng)要求，又特別適合于移動通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用的單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線，它包括半球形介質(zhì)諧振器、接地板、探針和同軸電纜，半球形介質(zhì)諧振器位于接地板的正上方，探針和同軸電纜位于接地板的正下方，其特征是在接地板的底面上且在半球形介質(zhì)諧振器的覆蓋范圍內(nèi)設置有單臂螺旋縫，單臂螺旋縫的坐標原點與半球形介質(zhì)諧振器的球心重合；由同軸電纜內(nèi)導體延伸出來的探針橫跨單臂螺旋縫，另一端焊接在接地板上。在上述各器件的組合中，涉及的變量較多，只要參數(shù)選取適當，就能夠在介質(zhì)諧振器的諧振頻率附近激發(fā)出圓極化波。首先，依據(jù)通信系統(tǒng)的工作頻率確定半球形介質(zhì)諧振器的諧振頻率，據(jù)此諧振頻率確定半球形介質(zhì)諧振器的半徑和介電常數(shù)，其中介電常數(shù)不能取得太大，一般在4～80之間，高介電常數(shù)雖可減小天線尺寸，但會降低輻射效率，使帶寬變窄，半徑宜在10～40mm之間取值；其次，用數(shù)值模擬程序(參數(shù)選取借助計算機輔助完成是為了顯著提高工作效率)或用性能優(yōu)越的商用軟件優(yōu)化出單臂螺旋縫的尺寸以及饋點的位置，優(yōu)化標準是在介質(zhì)諧振器的諧振頻率附近取得好的軸化比和阻抗匹配，螺旋縫不宜過小或過大，應注意被介質(zhì)諧振器完全覆蓋，縫隙亦不宜過寬，以0.8～1.2mm為宜；微波發(fā)生信號由同軸電纜接入，再通過探針、螺旋縫將微波能量耦合到半球形介質(zhì)諧振器，然后向自由空間輻射。單臂螺旋縫能使半球形介質(zhì)諧振器天線激發(fā)出圓極化波的原理是在微波發(fā)生信號作用下，螺旋縫隙上感應出可近似認為沿縫臂切向方向的電場，該電場可用磁流源等效，而縫臂切向方向的單位矢量可分解成半徑方向分量和旋轉(zhuǎn)角方向分量，即磁流源可進一步近似等效為磁流環(huán)加磁偶極子，二者可在遠區(qū)自由空間垂直于波傳播方向的平面內(nèi)分別產(chǎn)生θ方向和φ方向的電場，且兩個方向的電場存在90°的相位差，這是產(chǎn)生圓極化波的必要條件，故可認為在軸化比＜3dB的頻率范圍內(nèi)獲得了圓極化波。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的優(yōu)點是在接地板上利用單臂螺旋縫替代了現(xiàn)有技術(shù)中的同軸探針或矩形窄縫，實現(xiàn)了在介質(zhì)諧振器的諧振頻率附近激發(fā)出圓極化波的目的，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，安裝方便，不受方位限制，既滿足于普通通信系統(tǒng)要求，又特別適用于移動通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
四

圖1是根據(jù)本實用新型所述單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
五、具體實施方案
以下結(jié)合附圖，以中心工作頻率在3.6GHz的通信系統(tǒng)為例，對本實用新型所述單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線的具體結(jié)構(gòu)作進一步詳細說明。
參見圖1、圖2，單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線由半球形介質(zhì)諧振器(1)、接地板(2)、單臂螺旋縫(3)、探針(4)、同軸電纜(5)組成，半球形介質(zhì)諧振器(1)的半徑ar＝12.5mm，介電常數(shù)εd＝9.5；接地板(2)用25×25cm2的銅貼紙代替；單臂螺旋縫(3)的寬度W＝0.8mm，從坐標原點到縫臂中心線的徑向距離ρ由阿基米德螺旋函數(shù)定義ρ＝aφ+Δ，其中常數(shù)a＝0.33mm/rad，Δ＝0.18mm/rad，φ∈[5.5π，7.5π]，饋點坐標φ0＝6.0π，借助Auto CAD軟件在專用紙上按1∶1的比例打印出單臂螺旋縫(3)，經(jīng)過暴光、去膜、蝕刻等工序在銅貼紙上刻出單臂螺旋縫(3)；同軸電纜(5)緊貼接地板(2)，與半球形介質(zhì)諧振器(1)分居接地板(2)兩側(cè)；由同軸電纜(5)內(nèi)導體延伸出來的探針(4)橫跨單臂螺旋縫(3)，另一端焊接在接地板(2)上。半球形介質(zhì)諧振器(1)的球心與單臂螺旋縫(3)的坐標原點重合。微波發(fā)生信號由同軸電纜(5)接入，即可在遠區(qū)探測到圓極化波。
權(quán)利要求1.一種單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線，它包括半球形介質(zhì)諧振器[1]、接地板[2]、探針[4]和同軸電纜[5]，半球形介質(zhì)諧振器[1]位于接地板[2]的正上方，探針[4]和同軸電纜[5]位于接地板[2]的正下方，其特征是在接地板[2]的底面上且在半球形介質(zhì)諧振器[1]的覆蓋范圍內(nèi)設置有單臂螺旋縫[3]，單臂螺旋縫[3]的坐標原點與半球形介質(zhì)諧振器[1]的球心重合；由同軸電纜[5]內(nèi)導體延伸出來的探針[4]橫跨單臂螺旋縫[3]，另一端焊接在接地板[2]上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線，其特征是單臂螺旋縫[3]的縫寬為0.8～1.2mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線，其特征是半球形介質(zhì)諧振器[1]的介電常數(shù)為4～80，半徑為10～40mm。
專利摘要本實用新型公開了一種單臂螺旋縫激勵半球形介質(zhì)諧振器天線，它是由半球形介質(zhì)諧振器、接地板、單臂螺旋縫、探針和同軸電纜組成，半球形介質(zhì)諧振器位于接地板的正上方，單臂螺旋縫、探針和同軸電纜位于接地板的正下方。本實用新型的主要特點是利用設置在接地板底面上的單臂螺旋縫和各組合器件參數(shù)的合理取值，實現(xiàn)了在介質(zhì)諧振器的諧振頻率附近激發(fā)出圓極化波的目的。其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，安裝方便，不受方位限制，既滿足于普通通信系統(tǒng)要求，又特別適用于移動通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
文檔編號H01Q13/00GK2624420SQ03221820
公開日2004年7月7日 申請日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月15日
發(fā)明者陳如山, 錢志華, 梁國華, 王道祥, 莫磊 申請人:南京理工大學