二單元寬帶介質諧振器天線的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于天線領域，具體涉及覆蓋國內2G/3G/LTE通信工作頻段的一種二單元寬帶介質諧振器天線。
【背景技術】
[0002]介質諧振天線具有體積小、重量輕、損耗低、易于激勵、無表面波激勵等優點，具有非常高的實用價值。因此自從介質諧振器被提出用于輻射單元以來，對介質諧振天線的研究受到了國內外廣泛的關注。通常情況下，介質諧振天線的帶寬非常窄，只有10%左右。隨著無線通信對帶寬，通信速率要求的逐步提高，研究具有寬帶特性的介質諧振天線，對無線通信的發展具有非常實際的意義。在國內通信系統中，2G( 1710-1920MHz )，3G( 1880-2170MHz)and LTE(2300-2400MHz and 2570_2690MHz)通信帶寬的拓展增加了對寬帶天線的需求。
[0003]目前，國內外關于寬帶介質諧振天線的研究取得了一些有意義的成果。實現寬帶的方法主要包括采用多層介質結構，在介質塊中加入諧振空腔，采用特殊諧振結構等。例如，在《IET Microwave Antennas Propagat1n》2007年第I卷第5期論文 “Compactwideband mult1-layer cylindrical dielectric resonator antennas，，中，米用多層介質疊加的方式增加天線帶寬，但通過探針饋電，降低了制造的精度，在探針與介質間，引入了空氣縫隙，容易使實物測試結果與仿真結果誤差增加。在《IEEE Antennas And WirelessPropagat1n Letters〉〉2007年第6卷論文“Broadband Dielectric Resonator AntennaWith an Offset Well”中，通過在介質諧振天線中挖出一個偏離結構中心的空腔，降低諧振器的Q值，從而提高諧振帶寬，但該方法因為饋電點和空腔與天線幾何結構中心偏離，導致遠場福射方向圖不對稱，影響天線使用效果。在《IEEE Transact1ns On Antennas AndPropagat1n》2013年第61 卷第3期論文“Stacked Conical Ring Dielectric ResonatorAntenna Excited by a Monopole for Improved Ultrawide Bandwidth” 中，將單極子天線與圓錐形介質諧振天線組合起來，形成超寬帶的天線結構，雖然天線帶寬達到了超寬帶的水平，但其結構的不穩定性使其難于加工制作。在《IEEE Antennas And WirelessPropagat1n Letters》2014年第13卷論文“Aperture-Coupled Asymmetric DielectricResonators Antenna for Wideband Applicat1ns”中，兩個圓柱介質諧振天線非對稱地放置在一個矩形縫隙兩側，該天線結構雖然實現了寬帶，但其帶寬只有29%。
【發明內容】
[0004]本發明提出了一種二單元寬帶介質諧振器天線，其特點是設置兩個介質諧振器，并且對兩個諧振器采用不同的饋電結構，使其實現寬帶特性。該天線具有寬頻帶、低剖面、易于加工、工作頻帶內方向圖穩定性高等優點。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
[0006]—種二單元寬帶介質諧振器天線，包括介質基板、設于基板正面的覆銅面及兩個圓柱形介質諧振器、設于基板背面的饋電網絡，其特征在于:
[0007]所述兩個介質諧振器為尺寸、相對介電常數均相同的圓柱形介質諧振器；
[0008]所述覆銅面上開設有矩形耦合縫隙和階梯耦合縫隙，兩縫隙的中心分別與兩介質諧振器的中心重合；
[0009]所述饋電網絡包括一個輸入端及兩個饋電端，其輸入端口位于基板的邊，兩個饋電端分別對兩縫隙進行耦合饋電。
[0010]進一步地，所述階梯耦合縫隙為中心對稱的三階梯耦合縫隙，其中間段寬度最窄，兩端寬度最寬。
[0011]進一步地，所述饋電網絡的輸入端由兩段線寬不同的微帶線組成。
[0012]進一步地，對矩形縫隙饋電的饋電端為與縫隙正交設置的矩形微帶線。
[0013]進一步地，對階梯縫隙饋電的饋電端為線寬不同的階梯微帶線，其末段的線寬最寬，中間段線寬最窄。
[0014]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0015](I)采用兩個同尺寸的圓柱介質單元，通過使用不同的饋電方式，有效地實現了天線寬頻帶。
[0016](2)采用雙圓柱諧振器，在實現寬帶的基礎上有效地降低了天線的剖面。
[0017](3)通過在金屬接地板上蝕刻出耦合縫隙并采用微帶線饋電方式，有效地減少了天線饋電結構的復雜性，使天線易于加工。
[0018](4)平衡微帶線的使用，使饋入兩個單元的電流相位發生相差及延遲，有利于減小輻射單元同頻工作時的干擾。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例的俯視圖；
[0020]圖2為本發明實施例的側視圖；
[0021]圖3為本發明實施例的回波損耗曲線圖；
[0022]圖4為本發明實施例的增益曲線圖；
[0023]圖5為本發明實施例的天線三個不同頻點的遠場方向輻射圖。
[0024]附圖標號說明:1、2圓柱形介質諧振器;3覆銅面;4階梯耦合縫隙；5矩形縫隙；6階梯微帶線;7矩形微帶線;8平衡微帶線;9饋電端口 ； 10介質基板。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明的具體實施例的一種二單元寬帶介質諧振器天線作進一步詳述。
[0026]如圖1、2所示，二單元寬帶介質諧振器天線，包括介質基板10，設于基板正面的覆銅面3及兩個圓柱形介質諧振器4、5，設于基板背面的饋電網絡。
[0027]介質基板10尺寸為200X 200X0.73mm3，相對介電常數為2.33 ；覆銅面3的尺寸為200X 200mm2;兩圓柱形介質諧振器4、5的半徑為22mm，高為20mm，相對介電常數為9.2，兩個圓柱形介質諧振器之間的縫隙寬度為3_，且關于基板的中線對稱;階梯耦合縫隙與矩形耦合縫隙的中心分別與兩諧振器的中心重合，其階梯耦合縫隙的中間段長度為8mm，線寬為3mm，與中間段連接的兩段的長度為8mm，線寬為5mm，外側兩段的長度為9mm，線寬為1mm;矩形耦合縫隙的長寬為22_ X 2_。
[0028]饋電網絡包括一個輸入端及兩個饋電端，如圖所示，其中對階梯耦合縫隙饋電的微帶線饋電端尺寸為Lf 11 = 7mm、線寬為4mm，Lf 12= 10mm、線寬為0.7mm，Lf 13 = 20mm、線寬為2.18mm;對矩形親合縫隙饋電的微帶線饋電端尺寸為Lf 3 = 39mm、線寬為2.18mm;微帶饋線Lf51 = 50mm、線寬為2.18mm，Lf52 = 57.86mm、線寬為2.18mm，Lf53 = 33.01mm、線寬為2.18111111;輸入端由兩段線寬不同的微帶線組成，1^54 = 22臟、線寬為3.7_，1^55 = 26.91_、線寬為2.18mm。
[0029]本發明通過微帶線對介質諧振天線進行饋電，能量從饋電端，經微帶線通過耦合縫隙耦合到介質諧振器內，引起介質塊的諧振，從而向外輻射電磁波。
[0030]本發明采用兩個介質單元，通過不同的饋電結構，使兩個單元分別覆蓋低頻段和高頻段，同時兩個單元組合作用，以此拓寬天線的工作頻帶。
[0031]圖3為本實例的阻抗帶寬仿真結果，由圖可知，天線阻抗帶寬(<-10dB)范圍為:1.62-2.78GHz，相對帶寬為:52.7%。因此，該天線具有較寬的工作帶寬。
[0032]圖4為本實例的增益仿真結果，由圖可知，在低頻段，天線增益保持在0.16dBi_2.3dBi，高頻段，天線增益范圍為5dB1-7.5dBi。該天線增益范圍能保證天線正常工作。
[0033]圖5為本實例的遠場輻射方向圖仿真結果，由圖可知，在所選取的1.7GHz，2.2GHz，
2.7GHz這三個頻點上，天線的E面和H面方向圖能保持一致性，在主輻射方向上，其交叉極化比主極化至少低30dB。
【主權項】
1.一種二單元寬帶介質諧振器天線，包括介質基板、設于基板正面的覆銅面及兩個介質諧振器、設于基板背面的饋電網絡，其特征在于: 所述兩個介質諧振器為尺寸、相對介電常數均相同的圓柱形介質諧振器； 所述覆銅面上開設有矩形耦合縫隙和階梯耦合縫隙，兩縫隙的中心分別與兩介質諧振器的中心重合； 所述饋電網絡包括一個輸入端及兩個饋電端，其輸入端口位于基板的邊，兩個饋電端分別對兩縫隙進行耦合饋電。2.如權利要求1所述的一種二單元寬帶介質諧振器天線，其特征在于:所述階梯親合縫隙為中心對稱的三階梯耦合縫隙，其中間段寬度最窄，兩端寬度最寬。3.如權利要求1所述的一種二單元寬帶介質諧振器天線，其特征在于:所述饋電網絡的輸入端由兩段線寬不同的微帶線組成。4.如權利要求1所述的一種二單元寬帶介質諧振器天線，其特征在于:對矩形縫隙饋電的饋電端為與縫隙正交設置的矩形微帶線。5.如權利要求1所述的一種二單元寬帶介質諧振器天線，其特征在于:對階梯縫隙饋電的饋電端為線寬不同的階梯微帶線，其末段的線寬最寬，中間段線寬最窄。
【專利摘要】本發明公開了一種二單元寬帶介質諧振器天線，屬于天線領域。本發明天線包括介質基板、設于基板正面的覆銅面及兩個圓柱形介質諧振器、設于基板背面的饋電網絡。其特點是設置兩個介質諧振器，并且對兩個諧振器采用不同的饋電結構，使其實現寬帶特性，該天線具有寬頻帶、低剖面、易于加工、工作頻帶內方向圖穩定性高等優點。
【IPC分類】H01Q1/48, H01Q1/50, H01Q1/52, H01Q1/36, H01Q21/00, H01Q21/30
【公開號】CN105680160
【申請號】CN201610017861
【發明人】肖紹球, 熊義高, 張超, 郝素敏
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月12日