專利名稱：超寬帶h型交叉式介質諧振器天線的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，特別涉及一種利用H型交叉式介質諧振器和單極子天線結合來共同實現(xiàn)超寬帶的天線，具有超寬帶天線工作帶寬，該天線可以作為超寬帶無線通信終端天線。
背景技術：
根據美國聯(lián)邦通信委員會FCC (Federal Communication committee) 2002 年公布的標準絕對帶寬大于500MHz，或相對帶寬大于20%，工作頻帶在3. I 10. 6GHz。超寬帶通信的特點是傳輸速率> 100Mb/S，傳輸距離較小，功率也極小。在無線通信與雷達成像方 面有潛在的應用前景。介質諧振器自從作為輻射器用作天線以來，介質諧振器天線由于其體積小，重量輕，成本低，易集成，以及沒有表面波損耗和金屬損耗，輻射效率高，饋電方式靈活多變等優(yōu)點在現(xiàn)代無線通信中得到了越來越廣泛的應用。但是介質諧振器由于其Q值較高，帶寬相對較窄。在最近一些關于介質諧振器寬帶研究中，利用對介質諧振器結構、大小、饋電形式等方法的選擇和改進來提高介質諧振器天線的帶寬，但其相對帶寬依然有限，且天線的體積較大。文獻(Xian-LingLiang, Denidni, T. A. , “H-Shaped Dielectric ResonatorAntenna for WidebandApplications,，，Antennas and Wireless Propagation Letters,IEEE, Volume :7, Publication Year :2008, Page (s) 163-166.)通過改變介質諧振器的結構和饋電結構，采用H型的介質諧振器配上倒梯形饋電片進行饋電，介質諧振器介電常數ε r = 9. 8，阻抗帶寬3. 61 6. 85GHz，相對帶寬62%，天線尺寸55mmX 60mm，厚度達13mm。文獻(Xian-Ling Liang, Denidni, T. A. , Li-Na Zhang, ^ffidebandL-Shaped DielectricResonator Antenna With a Conformal Inverted-TrapezoidalPatch Feed,，，Antennasand Propagation,IEEE Transactions on, Volume :57, Issue :1,Publication Year :2009,Page(s) :271-274.)通過改變介質諧振器的結構,采用L型的介質諧振器配上倒梯形饋電片進行饋電，介質諧振器介電常數ε ^ = 9. 8，阻抗帶寬3. 87 8. 17GHz，相對帶寬71%，天線尺寸60mmX60mm，厚度近20mm。上述研究并沒有充分的發(fā)揮帶寬的優(yōu)勢和有效減小天線的體積結構，所以充分擴大帶寬并且面向小型化發(fā)展是現(xiàn)代超寬帶天線亟待解決的問題。

實用新型內容本實用新型的目的在于克服介質諧振器天線帶寬窄和體積大的缺點，提供一種超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，該天線不僅具有較好的超寬帶特性，有效覆蓋了 FCC規(guī)定的工作頻段，具有較高的增益和輻射效率，并且方向性優(yōu)異，具有全向輻射特性。該天線結構簡單，尺寸較小，成本低，便于批量生產，適用于現(xiàn)代各種寬帶和超寬帶場合的應用。本實用新型的主要構思是本實用新型主要是采用H型介質諧振器和單極子天線共同來展寬介質諧振器天線的帶寬，采用了交叉式的結構使H型介質諧振器嵌在介質基板的兩側，其中所采用的介質諧振器可以引入更多的諧振點，并且介質諧振器的交叉式的對稱結構使得天線具有全向輻射特性和E平面上較小的交叉極化。本實用新型的超寬帶介質諧振器天線包括介質基板、金屬地板、介質基板上的直微帶饋線和單極子天線，介質基板上放置一個交叉的H型介質諧振器，交叉式的結構使H型介質諧振器嵌在介質基板的兩側，單極子天線在介質諧振器正面的下端開孔內，直微帶饋線上端與單極子天線相連接，直微帶饋線終端接同軸接頭。所述金屬地板為矩形板，放置在介質基板的反面。所述介質諧振器外形為H型，為交叉式的設計，交叉放置在介質基板的正反兩面，且所述介質諧振器為高介電常數物質，介電常數L > 9. 5。所述單極子天線位于介質諧振器正面的H型的下端開孔內，貼著介質諧振器，單極子天線的形狀為矩形，或者有開孔或減角的矩形。 所述直微帶饋線與單極子天線相連并為其饋電,直微帶饋線的特性阻抗為50Ω，終端接同軸接頭。本實用新型的有益技術效果體現(xiàn)在幾個方面I.結構簡單，體積小，重量輕。本實用新型的超寬帶介質諧振器天線主要由一個H型的介質諧振器、一個單極子天線、金屬地板和介質基板組成，結構簡單，容易加工。并且體積較小，例如頻率范圍在4. 2 10. 9GHz的天線，尺寸僅為15mmX30. 5mm，厚度為5. 762mm,很大程度上減小了天線的體積和重量。2.帶寬理想。本實用新型的超寬帶介質諧振器天線主要從H型的介質諧振器和單極子天線兩方面來增加天線的帶寬。例如頻率范圍在4. 2 10. 9GHz的天線,相對帶寬達到89%，符合并充分利用了 FCC所規(guī)定的3. I 10. 6GHz的工作頻帶。3.具有良好的輻射方向圖。本實用新型的超寬帶介質諧振器天線具有優(yōu)良的全向輻射特性，并且其交叉的H型介質諧振器結構使得天線在E面具有較小的交叉極化。4.該天線具有較高的增益和輻射效率。本實用新型的超寬帶介質諧振器天線在整個工作頻帶范圍都具有較高的增益和輻射效率，其中輻射效率達95%以上。

圖I是本實用新型實施例I的結構示意圖。圖2是本實用新型實施例I的平面示意圖，其中左正面，中側面，右反面。圖3是本實用新型實施例I的反射系數測量結果。圖4是本實用新型實施例I的輸入電壓駐波比測量結果。圖5是本實用新型實施例I在5GHz的輻射方向圖，其中左H平面方向圖，右E平面方向圖。圖6是本實用新型實施例I在7GHz的輻射方向圖，其中左H平面方向圖，右E平面方向圖。圖7是本實用新型實施例I在9GHz的輻射方向圖，其中左H平面方向圖，右E平面方向圖。
具體實施方式
本實用新型的優(yōu)選實施例(結合附圖)詳述如下[0024]實施例I :結合圖I、圖2，本實施例的超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，它包括介質基板I、金屬地板2、介質基板I上的直微帶饋線5和單極子天線4,其特征在于所述介質基板I上放置一個交叉的H型介質諧振器3，交叉式的結構使H型介質諧振器3嵌在介質基板I的兩側，單極子天線4在介質諧振器3正面的下端開孔內，直微帶饋線5上端與單極子天線4相連接，直微帶饋線5終端接同軸接頭。其中介質諧振器介電常數為9. 8，固定在介電常數為2. 94的介質基板上，介質基板Ls = 30. 5mm, Ws = 15mm,厚度為O. 762mm ;天線長同Ls,寬同Ws,厚度為5. 762mm ;介質諧振器Ld = 18. 5mm,寬同Ws,厚度為5mm,其中正面部分D1 = 2. 881mm,反面部分D2 = 2. 119mm ;單極子天線Lp = 7. 5mm, Wp = 8mm,開口長度a = Imm ;直微帶饋線Lf = 12mm, Wf = 2mm ;金屬地板Lg = 11. 5mm,寬同Ws,介質諧振器和金屬地板之間距離g = O. 5mm。實施例I尺寸僅為15mmX30. 5mm，厚度為5. 762mm，很大程度上減小了天線的體積
和重量。實施例I的反射系數測量結果示于圖3，輸入電壓駐波比測量結果示于圖4，可以 觀察到其工作頻帶為4. 2 10. 9GHz，相對帶寬達到89%，具有良好的超寬帶特性，符合并充分利用了 FCC所規(guī)定的3. I 10. 6GHz的工作頻帶。實施例I在5、7、9GHz的輻射方向圖分別示于圖5_圖7，可以觀察到該天線具有優(yōu)良的方向性，具有良好的全向輻射特性，并且得益于其交叉的H型介質諧振器結構使得天線在E面具有較小的交叉極化。實施例2 :結合圖I、圖2，本實施例與實施例I相同，特別之處在于實施例I介質諧振器3的介電常數％ = 9. 8，而本實施例中介質諧振器3的介電常數L= 10.2，其他尺寸都相同。
權利要求1.ー種超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，它包括介質基板(I)、金屬地板(2)、介質基板(I)上的直微帶饋線(5)和單極子天線(4)，其特征在于所述介質基板(I)上放置ー個交叉的H型介質諧振器(3)，交叉式的結構使H型介質諧振器(3)嵌在介質基板(I)的兩側，單極子天線(4)在介質諧振器(3)正面的下端開孔內，直微帶饋線(5)上端與單極子天線(4)相連接,直微帶饋線(5)終端接同軸接頭。
2.根據權利要求I所述的超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，其特征在于所述介質基板⑴為矩形板。
3.根據權利要求I所述的超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，其特征在于所述金屬地板(2)為矩形板，放置在介質基板(I)的反面。
4.根據權利要求I所述的超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，其特征在于所述介質諧振器(3)外形為H型，為交叉式的設計，交叉放置在介質基板(I)的正反兩面。
5.根據權利要求I所述的超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，其特征在于所述介質諧振器⑶為高介電常數物質，介電常數、>9.5。
6.根據權利要求I所述的超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，其特征在于所述單極子天線(4)位于介質諧振器(3)正面的H型的下端開孔內，貼著介質諧振器(3)，單極子天線(4)的形狀為矩形，或者有開孔或減角的矩形。
7.根據權利要求I所述的超寬帶H型交叉式介質諧振器天線，其特征在于所述直微帶饋線(5)與單極子天線(4)相連并為其饋電，直微帶饋線(5)的特性阻抗為50 Ω，終端接同軸接頭。
專利摘要本實用新型涉及一種超寬帶H型交叉式介質諧振器天線。它包括介質基板、金屬地板、介質基板上的直微帶饋線和單極子天線，介質基板上放置一個交叉的H型介質諧振器，交叉式的結構使H型介質諧振器嵌在介質基板的兩側，單極子天線在介質諧振器正面的下端開孔內，直微帶饋線上端與單極子天線相連接，直微帶饋線終端接同軸接頭。本實用新型結構簡單，尺寸較小，帶寬較大，能夠有效的覆蓋FCC規(guī)定的頻率要求即3.1～10.6GHz，且方向性好，具有較高的增益和輻射效率，非常適合現(xiàn)代超寬帶無線通信的小型化發(fā)展需求和應用。
文檔編號H01Q9/30GK202616414SQ201220034288
公開日2012年12月19日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權日2012年2月3日
發(fā)明者田子建, 陳文超 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)