工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線的制作方法
【專利摘要】該發(fā)明公開(kāi)了一種工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。天線包括矩形介質(zhì)基片、設(shè)置于介質(zhì)基片下表面的微帶線、設(shè)置于介質(zhì)基片上表面刻蝕有矩形縫隙的金屬接地板以及設(shè)置于接地板上層中心位置的矩形介質(zhì)塊。本天線通過(guò)矩形縫隙的口徑耦合在DRA中激勵(lì)起所需要的高次模式，由于此模式相比于基模具有更高的方向性的特點(diǎn)，故而可以獲得更高的輻射增益，此外該天線還擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、饋電方便、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種利用工作于高次模式獲得高增益的矩形 介質(zhì)諧振器天線技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)今無(wú)線通信事業(yè)快速發(fā)展的環(huán)境下，工程上由于電子元器件的日益集成化， 對(duì)于天線的尺寸、頻帶寬度、損耗以及增益提出了越來(lái)越高的要求，如何有效地滿足上述需 求成為了眾多學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注的方向。介質(zhì)諧振器天線（DRA)自1983年被提出之后，由于 其在形式多樣化、小尺寸、低損耗、激勵(lì)方式靈活、低成本以及高輻射效率等方面的優(yōu)勢(shì)而 受到了廣泛的研究。典型的介質(zhì)諧振器天線有矩形、圓柱形及半球形等形式，其中矩形DRA 由于加工方便且相對(duì)來(lái)說(shuō)有更多的設(shè)計(jì)自由度而受到了尤其多的關(guān)注。
[0003] 以往的工作主要集中在DRA主模的研究上，近年來(lái)，人們開(kāi)始逐漸對(duì)高次模的 應(yīng)用有了越來(lái)越多的關(guān)注。2006年，C.S.de Young和S.A. Long等人在IEEE Antennas Wireless Propag. Lett 上發(fā)表的題為"Wideband cylindrical and rectangular dielectric resonator antennas"的文章指出，DRA的高次模在一些特定天線的研究中具 有非常實(shí)用的價(jià)值。但是文獻(xiàn)中對(duì)于應(yīng)用高次模產(chǎn)生高增益輻射的報(bào)道目前還非常少見(jiàn)。 2009 年，Aldo Petosa和 Soulideth Thirakoune 等人發(fā)表的題為"Higher-Order Modes in Rectangular DRAs for Gain Enhancement"的文章提出了利用DRA的高次模TE〗15模來(lái)實(shí) 現(xiàn)天線增益有效提高的方法，然而缺點(diǎn)是工作于高次模TE〖1S模式的天線有過(guò)高的剖面，從 而限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。如何在維持天線的低剖面與小尺寸的前提下，利用高次 模來(lái)提升天線增益，有待于進(jìn)一步的研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提出了利用高次模TEL.實(shí)現(xiàn) 一款高增益的矩形介質(zhì)諧振器天線。該天線利用縫隙耦合饋電，并且具有非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
[0005] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] -種工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線，包括矩形介質(zhì)基片、設(shè)置于 介質(zhì)基片下表面的微帶線、設(shè)置于介質(zhì)基片上表面的金屬接地板以及設(shè)置于接地板上層中 心位置的矩形介質(zhì)塊，其特征在于所述接地板完全覆蓋介質(zhì)基片，位于矩形介質(zhì)塊下方的 接地板刻蝕有平行于介質(zhì)基板邊的矩形縫隙，矩形縫隙內(nèi)沒(méi)有金屬物質(zhì)；所述微帶線為矩 形金屬貼片，微帶線的中線重合于介質(zhì)基板的中線并垂直于矩形縫隙，微帶線作為饋電端 口的一端位于介質(zhì)基板的邊緣；所述微帶線的長(zhǎng)度大于饋電端口到矩形縫隙較遠(yuǎn)邊的距 離。
[0007] 本發(fā)明天線經(jīng)由微帶線給天線進(jìn)行饋電，能量經(jīng)過(guò)微帶線傳到縫隙下方，并通過(guò) 縫隙耦合到矩形介質(zhì)塊中，在矩形介質(zhì)塊中激勵(lì)起特定的諧振模式，并最終將能量輻射出 去。
[0008] 本天線通過(guò)矩形縫隙的口徑耦合在DRA中激勵(lì)起所需要的TEi:u模式，由于此模式 相比于基模具有更高的方向性的特點(diǎn)，故而可以獲得更高的輻射增益。本發(fā)明采用的矩形 口徑耦合饋電十分方便易行的。
[0009] 本發(fā)明與已有技術(shù)相比較，其實(shí)用性和對(duì)性能的改善是積極有效的。通過(guò)合理的 利用口徑耦合激勵(lì)起DRA的TEL模式，實(shí)現(xiàn)了天線增益得到有效地提升。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)了 天線較好工作性能的同時(shí)，維持了天線的小尺寸及低剖面并且天線饋電方式方便易行，具 有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1(a)為本發(fā)明實(shí)施例正面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011] 圖1(b)為本發(fā)明實(shí)施例側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的S11仿真曲線圖；
[0013] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的增益仿真曲線圖；
[0014] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的x-z面與y-z面仿真方向圖。
[0015] 附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1.接地板，2.介質(zhì)塊，3.矩形縫隙，4.微帶線，5.饋電端口，6.介 質(zhì)基片

【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0017] 本發(fā)明的工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線的實(shí)施例如圖1(a)、圖 1(b)所示，介質(zhì)基片6的面積為100 X 100mm2,厚度為1mm,介電常數(shù)為2. 2 ;接地板1的尺 寸與介質(zhì)基片相同為100X 100mm2 ;設(shè)置于接地板上層中心位置的矩形介質(zhì)塊2的長(zhǎng)寬高 分別為a = b = 35mm, c = 4mm ;介質(zhì)塊的材料為介電常數(shù)為12的陶瓷；刻蝕于接地板1的 矩形縫隙3長(zhǎng)寬分別為ls = 16mm，ws = 3mm ;設(shè)置于介質(zhì)基片下表面的微帶線4的長(zhǎng)寬分 另1」為 lm = 65mm，wm = 3. 1mm。
[0018] 當(dāng)從饋電端口 5給天線進(jìn)行饋電時(shí)，能量經(jīng)過(guò)微帶線4傳輸?shù)骄匦慰p隙3下方，通 過(guò)矩形縫隙3的口徑耦合，能量進(jìn)入陶瓷介質(zhì)2中并激勵(lì)起DRA的高次模式ΤΕ?μ模式，由 于此模式相比于基模具有更高的方向性的特點(diǎn)，故而可以使增益提高。
[0019] 本發(fā)明可通過(guò)調(diào)節(jié)陶瓷介質(zhì)2的尺寸使天線在所需的頻率上實(shí)現(xiàn)TEi:u高次模諧 振；通過(guò)調(diào)節(jié)矩形縫隙3的尺寸可實(shí)現(xiàn)最佳的能量耦合。
[0020] 實(shí)施例的回波損耗曲線如附圖2所示，天線的?Ο-dB回波損耗帶寬為4. 5% (3. 86-4. 04GHz)，表明天線具有較寬的阻抗帶寬。
[0021] 實(shí)施例的增益隨頻率變化的曲線如附圖3所示，從圖中可直觀的看到，在工作頻 帶內(nèi)，天線的增益均在10dBi以上，在中心頻率3. 95GHz附近則可以獲得lldBi以上的增 益，有效的實(shí)現(xiàn)了 DRA的高增益。
[0022] 附圖4所示為實(shí)施例天線的x-z面與y-z面的方向圖，可以看到，實(shí)施例天線在垂 直于天線的方向上擁有較好的方向性。
[0023] 該實(shí)施例的仿真結(jié)果顯示，天線很好的實(shí)現(xiàn)了高增益的設(shè)計(jì)效果，此外該天線結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、饋電方便、結(jié)構(gòu)緊湊，具有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【權(quán)利要求】
1. 一種工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線，包括矩形介質(zhì)基片、設(shè)置于介 質(zhì)基片下表面的微帶線、設(shè)置于介質(zhì)基片上表面的金屬接地板以及設(shè)置于接地板上層中心 位置的矩形介質(zhì)塊，其特征在于所述接地板完全覆蓋介質(zhì)基片，位于矩形介質(zhì)塊下方的接 地板刻蝕有平行于介質(zhì)基板邊的矩形縫隙，矩形縫隙內(nèi)沒(méi)有金屬物質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線，所述微帶 線為矩形金屬貼片，微帶線的中線重合于介質(zhì)基板的中線并垂直于矩形縫隙，微帶線作為 饋電端口的一端位于介質(zhì)基板的邊緣。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種工作于高次模式的高增益矩形介質(zhì)諧振器天線，所述微帶 線的長(zhǎng)度大于饋電端口到矩形縫隙較遠(yuǎn)邊的距離。
【文檔編號(hào)】H01Q13/10GK104269650SQ201410475040
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】潘錦, 鄒孟, 初乃佳, 陳兆豐, 崔元善, 張翔 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)