一種適用于x波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線的制作方法
【專利摘要】本發明提出了一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線，屬于天線領域。包括正面覆蓋有一層金屬貼片的介質基板、設于金屬貼片上的矩形介質諧振器以及設于介質基板背面的L形饋電微帶線。通過在矩形介質諧振器底部四個角挖掉四個相同尺寸的矩形介質塊，同時采用十字形耦合縫隙和L形微帶線饋電，實現其寬帶特性。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及波束寬度寬等優點。
【專利說明】
一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線
技術領域
[0001]本發明屬于天線領域，具體涉及一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線。該天線具有很寬的阻抗帶寬和軸比帶寬。
【背景技術】
[0002]自從介質諧振器被提出用于輻射單元以來，國內外對介質諧振天線的研究受到了廣泛的關注。因為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，所以具有非常高的實用價值。通常情況下，介質諧振天線的圓極化帶寬非常窄，只有6%左右。隨著無線通信對帶寬，通信速率要求的逐步提高，研究具有寬帶圓極化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。
[0003]目前，國內外關于寬帶圓極化介質諧振天線的研究取得了一些有意義的成果。通常有兩種方法利用介質諧振器天線實現圓極化，一是采用單饋電技術，二是采用饋電網絡組成的雙饋電技術。在《IEEE Transact1ns On Antennas And Propagat1n》1999年第47卷7期論文 “Cross-Slot-Coupled Microstrip Antenna and Dielectric ResonatorAntenna for Circular Polarizat1n”中采用了非等長的交叉縫隙通過微帶線饋電實現圓極化，該結構非常簡單，但其軸比帶寬只有3.91%。在《IEEE Microwave And WirelessComponents Letters》2006年第 16卷8期論文“Offset Cross-Slot-Coupled DielectricResonator Antenna for Circular Polarizat1n”中，同樣米用了非等長的交叉縫隙通過微帶線偏饋實現圓極化，該方式對圓極化帶寬有所提高，達到6.3%，但其軸比帶寬仍比較窄。在《Microwave and Optical Technology Letters》2010年第52卷 12期論文“CompactWideband Circularly Polarized Rectangular Dielectric Resonator Antenna WithDual Underlaid Hybrid Couplers”中，采用了饋電網絡實行雙饋電技術，介質諧振器天線的軸比帶寬得到較大的提升，但極其復雜的饋電網絡使天線的寬帶優勢打了折扣。
【發明內容】
[0004]本發明提出了一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線，通過在矩形介質諧振器底部四個角挖掉四個相同尺寸的矩形介質塊，同時采用十字形耦合縫隙和L形微帶線饋電，以實現其寬帶特性。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及波束寬度寬等優點。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
[0006]—種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線，包括正面覆蓋有一層金屬貼片的介質基板、設于金屬貼片上的矩形介質諧振器以及設于介質基板背面的L形饋電微帶線，其特征在于:介質諧振器底部的四個角挖有四個尺寸相同的矩形缺口；
[0007]所述金屬貼片中心刻蝕有十字形耦合縫隙，其邊與介質諧振器相對應的邊平行；
[0008]所述的L形饋電微帶線與十字形縫隙的幾何中心偏離，其饋電端口位于介質基板的邊沿，并且經過十字形縫隙的一條縫隙到達另一條縫隙的路徑長度滿足使十字形縫隙的兩個耦合枝節產生90度相位差的長度。
[0009]與現有技術相比，本發明的優點在于:
[0010](I)介質諧振器底部通過四個矩形缺口所形成的十字形結構與耦合縫隙的十字形結構相重合，耦合到諧振器的能量更加集中，耦合的電場在物理上形成90度正交。
[0011](2)采用十字形縫隙加L形微帶線的饋電方式，極大地拓寬了天線的阻抗帶寬。
[0012](3)介質諧振器底部的十字形結構使圓極化正交模式更易于激勵，提高了天線的3dB軸比帶寬。
[0013](4)介質諧振器底部的十字形結構使電場更多地聚集在其邊緣，對增加天線的波束寬度有非常明顯的效果。
[0014](5)十字形縫隙通過L形微帶線饋電，除了激勵起介質本身的基模外，還能激勵起兩個額外的模式，以增加天線的阻抗帶寬。
[0015](6)采用L形饋電微帶線在兩個縫隙處產生90度相位差，相較于傳統的通過調整縫隙長度而產生90度相位差而言，該方案在后續的調節中具有更大的靈活性。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明實施例的俯視圖；
[0017]圖2為本發明實施例的側視圖；
[0018]圖3為本發明實施例的回波損耗曲線圖；
[0019]圖4為本發明實施例的增益曲線圖；
[0020]圖5為本發明實施例的軸比帶寬圖；
[0021]圖6為本發明實施例的天線四個不同頻點的遠場圓極化輻射方向圖，其中圖6(a)為天線在9.3GHz的福射方向圖，圖6(b)為天線在9.6GHz的福射方向圖，圖6(c)為天線在9.9GHz的輻射方向圖，圖6(d)為天線在10.2GHz的輻射方向圖，左側為天線在xoz面的輻射方向圖，右側為天線在yoz面的輻射方向圖；圖中實線代表LHCP，虛線代表RHCP。
[0022]附圖標號說明:I介質諧振器；2耦合縫隙；3L形饋電微帶線；4矩形缺口；5饋電端口 ；6金屬貼片;7介質基板。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發明的具體實施例一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線作進一步詳述。
[0024]如圖1、2所示，適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線包括:正面覆蓋有一層金屬貼片的正方形介質基板、設于金屬貼片上的矩形介質諧振器以及設于介質基板背面的L形饋電微帶線；其中介質基板尺寸為100mm X 100mm X0.5_，選擇的是相對介電常數為3.5，損耗角正切為0.0018的Taconic RF-35;介質諧振器(材料)的長與寬的尺寸相同，為6.8mm X 6.8mm，高度為6.2mm，選擇的是相對介電常數為9.2，損耗角正切為0.0022的RogersTMMlO，介質諧振器底部的四個角挖有四個長X寬X高均為2.1mmX 2.1mmX 1.1mm的矩形缺口。
[0025]金屬貼片中心刻蝕有十字形親合縫隙，其中Lsl長度為5mm、線寬為0.9mm，Ls2長度為5.1mm、線寬為0.8mm，十字形縫隙的中心對稱點與介質塊的中心對稱點重合。
[0026]L形饋電微帶線經過十字形縫隙的一條縫隙到達另一條縫隙的路徑長度滿足介質基板介電常數為3.5、厚度為0.5mm、中心頻率為1GHz情況下產生90度相位差所需的微帶線長度，其中LfI長度為6mm、線寬為1.1111111，1^2長度為50.9111111、線寬為1.1mm，其與十字形縫隙中心點的距離sp2為0.95mm。
[0027]本發明通過L形饋電微帶線對天線進行饋電，能量從饋電端口經微帶線通過耦合縫隙耦合到介質諧振器內，引起介質諧振器的諧振，從而向外輻射電磁波。
[0028]本發明通過在介質塊底部四角挖掉四個同尺寸介質塊來增加天線阻抗帶寬和軸比帶寬，介質塊底部的十字形結構及十字形耦合縫隙易于正交模式的產生。
[0029]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:8.9-11.6GHz，相對帶寬為:26.3%，因此，該天線具有較寬的工作帶寬。
[0030]圖4為本實例的增益仿真結果，由圖可知，天線增益保持在2.9dBi_6dBi，該天線增益范圍能保證天線正常工作。天線增益最大值為6dBi，出現在介質天線尺寸對應的諧振點附近。
[0031]圖5為本實例的軸比帶寬仿真結果，由圖可知，天線圓極化軸比帶寬(<3dB)范圍為:9.16-10.69GHz，相對帶寬為:15.4%，因此，該天線具有很寬的3dB軸比帶寬。
[0032]圖6為本實例天線在四個不同頻點的遠場圓極化輻射方向圖，由圖可知，天線的主極化方向為 LHCP (Left-Hand Circular Polarizat1n)。在四個不同的頻點9.3GHz、9.6GHz、9.9GHz、10.2GHz 處，天線的主極化(LHCP)要比交叉極化(RHCP〈Right-HandCircular Polarizat1n〉)高20dB左右，具有良好的圓極化福射特性。并且在四個不同的頻點處，天線的波束寬度均可達到± 50°左右，且方向圖穩定。
[0033]綜上所述，本發明天線的性能指標均能滿足實際的使用需求，具有非常強的實用價值。
【主權項】
1.一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質諧振器天線，包括正面覆蓋有一層金屬貼片的介質基板、設于金屬貼片上的矩形介質諧振器以及設于介質基板背面的L形饋電微帶線，其特征在于:介質諧振器底部的四個角挖有四個尺寸相同的矩形缺口； 所述金屬貼片中心刻蝕有十字形耦合縫隙，其邊與介質諧振器相對應的邊平行； 所述的L形饋電微帶線與十字形縫隙的幾何中心偏離，其饋電端口位于介質基板的邊沿，并且經過十字形縫隙的一條縫隙到達另一條縫隙的路徑長度滿足使十字形縫隙的兩個耦合枝節產生90度相位差的長度。
【文檔編號】H01Q1/38GK106058447SQ201610322287
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】肖紹球, 熊義高, 張超
【申請人】電子科技大學