一种面向毫米波应用的双频段介质谐振器天线的制作方法

本发明属于天线
技术领域：
，更具体地，涉及一种面向毫米波应用的双频段介质谐振器天线。
背景技术：
：第五代移动通信技术(5g)中最为核心的两个需求分别是高速率和低功耗。毫米波技术是实现高数据速率无线通信的关键因素，在增强移动宽带场景中，理论峰值数据速率甚至高于10gb/s。另一方面，密集的基站部署以及各种功能的终端设备的涌现，要求5g必须提高能量的利用效率。再考虑到毫米波蜂窝网的实际应用以及市场的消费导向均高度追求设备的小型化与轻薄化，在此背景下，就天线
技术领域：
而言，设计一款毫米波频段的高效率的小型化低剖面天线具有重要的研究意义。在毫米波频段，传统的微带类天线由于金属欧姆损耗显著增加，辐射效率迅速降低。介质谐振器天线没有金属欧姆损耗，相对于金属微带天线而言，具有较高的辐射效率，但现有的介质谐振器天线设计存有缺陷，要么平面尺寸过大，无法满足毫米波蜂窝网的波束扫描阵列应用需求，要么剖面高度较高，不符合轻薄化的设计需求，且这些设计绝大多数无法同时兼顾两个毫米波频段的覆盖。目前世界范围内授权的5g毫米波频段为n257(26.5-29.5ghz)、n258(24.25-27.5ghz)、n260(37.0-40.0ghz)和n261(27.5-28.35ghz)，一般来说，n257、n258和n261频段被划分为28ghz频段，而n260频段被划分为39ghz频段，因此需要一种双频段介质谐振器天线来实现28ghz和39ghz的双频段覆盖。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明提供一种面向毫米波应用的双频段介质谐振器天线，利用微带线对层叠型介质谐振器缝隙馈电，解决了在高辐射效率及低剖面结构的基础上，天线无法实现毫米波双频段覆盖的问题。为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：一种面向毫米波应用的双频段介质谐振器天线，包括:层叠型介质谐振器，由高介电常数介质薄片和低介电常数第二介质基板组成，所述介质薄片位于第二介质基板的上表面；微带馈电板，由金属地、第一介质基板、微带线组成，所述微带馈电板位于层叠型介质谐振器的下方，所述金属地及微带线位于第一介质基板的上下两对面，所述微带线的一端延伸至第一介质基板的边缘且和馈线相连并通过缝隙对层叠型介质谐振器进行馈电，所述缝隙设于金属地上且和所述微带线垂直。优选地，所述微带线设有匹配枝节，所述匹配枝节平行于所述缝隙。优选地，所述介质薄片四周对称设置多个金属化通孔，所述金属化通孔形成边长为4.5mm的正方形背腔，设于第二介质基板上。优选地，所述第二介质基板是rogersro4003c介质基板。优选地，所述第一介质基板是rogersro4003c介质基板。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：(1)本发明的高介电常数介质薄片和低介电常数第二介质基板构成的层叠型介质谐振器解决了介质型天线难以同时满足高辐射效率及低剖面的问题，同时微带线利用缝隙对层叠型介质谐振器进行馈电，形成了两个谐振模式，其中第一个谐振点由缝隙形成，第二个谐振点由高介电常数介质薄片形成，解决了在高辐射效率及低剖面结构的基础上，天线无法实现毫米波双频段覆盖的问题。(2)本发明通过在微带线上引入匹配枝节可以很方便地在毫米波较高的频段处获得一个阻抗匹配点，从而拓展第二个频段的阻抗带宽。(3)本发明的多个金属化通孔形成正方形的边长为4.5mm(0.42λ0@28ghz；0.58λ0@39ghz),上述尺寸是5g两个热点频点对应波长的0.5倍左右，可非常方便地拓展为5g天线的波束扫描天线阵列，具有较大的实用价值。附图说明图1为本发明一实施例中提供的介质谐振器天线的爆炸图；图2为本发明一实施例中提供的介质谐振器天线的传输响应和辐射响应示意图；图3为本发明一实施例中提供的介质谐振器天线的辐射效率示意图；图4位本发明一实施例中提供的介质谐振器天线的在28ghz频点的仿真方向图；图5为本发明一实施例中提供的介质谐振器天线的在39ghz频点的仿真方向图；附图标识：1-层叠型介质谐振器、11-介质薄片、12-第二介质基板、13-金属化通孔、2-微带馈电板、21-金属地、22-缝隙、23-第一介质基板、24-微带线、25-匹配枝节。具体实施方式以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。需要说明的是，本文所使用的术语“垂直”、“水平”、x轴、y轴、z轴以及类似的表述只是为了说明的目的。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。如图1所示，本发明实施例公开了一种面向毫米波应用的双频段介质谐振器天线，包括层叠型介质谐振器1，由高介电常数介质薄片11和低介电常数第二介质基板12组成，所述介质薄片11位于第二介质基板12的上表面；其中介质薄片11是沿着中心点对称的两个矩形介质薄片。微带馈电板2，由金属地21、第一介质基板23、微带线24组成，所述微带馈电板2位于层叠型介质谐振器1的下方，所述金属地21及微带线24位于第一介质基板23的上下两对面，所述微带线24的一端延伸至第一介质基板23的边缘且和馈线相连并通过缝隙22对层叠型介质谐振器进行馈电，所述缝隙22沿着y轴方向设于金属地21的中心位置且和所述微带线24垂直。将高介电常数介质薄片11和低介电常数第二介质基板12构成的层叠型介质谐振器解决了介质型天线难以同时满足高辐射效率及低剖面的问题；同时微带线24利用缝隙22对层叠型介质谐振器1进行馈电，形成了两个谐振模式，其中第一个谐振点由缝隙22形成且缝隙22沿着y轴的长度影响第一个谐振点的频率，第二个谐振点由高介电常数介质薄片11形成，实现了毫米波的双频段覆盖，上述2个谐振点的不同频率位置通过调整介质薄片11沿着x轴方向的长度及缝隙22沿着y轴的长度来实现，因此上述结构解决了在高辐射效率及低剖面结构的基础上，天线无法实现毫米波双频段覆盖的问题。进一步的，所述微带线24设有匹配枝节25，所述匹配枝节25平行于所述缝隙22，所述匹配枝节可以很方便地在毫米波的较高频段处获得一个阻抗匹配点，从而拓展较高频段的阻抗带宽。进一步的，所述介质薄片11四周对称设置多个均匀分布的金属化通孔13，所述金属化通孔13设于第二介质基板12上，所述多个金属化通孔13形成波导背腔，有效地将位于由介质薄片11形成的谐振点对应频段内的信号更集中地沿着z轴方向进行发射；多个所述金属化通孔13形成正方形的边长为4.5mm(0.42λ0@28ghz；0.58λ0@39ghz),上述尺寸是5g两个热点频点对应波长的0.5倍左右，可非常方便地拓展为5g天线的波束扫描天线阵列，具有较大的实用价值。本发明一实施例的面向毫米波应用的双频段介质谐振器天线的不组成部分和位置的尺寸如下：参数h1h2gllfwa数值0.203mm0.508mm10mm3.84mm1.8mm0.25mm3.04mm参数bcpwfwcavs1s2数值0.64mm0.32mm2.33mm0.45mm4.5mm3.55mm0.68mm所述第一介质基板23及第二介质基本2是rogersro4003c介质基板，介质常数为3.55，损耗角为0.0027，厚度分别为0.203mm和0.508mm；所述介质薄片11的介电常数为45，损耗角为0.00019，厚度为0.32mm，因此天线的整体剖面为1.03mm，由于沿着所述金属化通孔13围成的正方形将图1中的介质型谐振器天线沿着z轴方向切割并不影响介质型谐振器天线的性能，因此介质型谐振器天线的水平尺寸可以达到4.5mm，介质型谐振器天线尺寸较小可非常方便地拓展为5g天线的波束扫描天线阵列。如图2所示，当|s11|≤-10db时，本发明的双频段介质谐振天线对应的带宽范围为27.44-28.56ghz，36.92-40.22ghz，很好的覆盖了n261以及n260的这两个5g热点频段，28ghz处为缝隙产生的第一谐振点，38ghz处为介质薄片11引起的第二谐振点，同时，匹配枝节25在40ghz频段处产生一个阻抗匹配点，有效拓展了39ghz频段的阻抗带宽；如图3所示，本发明的双频段介质谐振天线在上述27.24-28.89ghz，36.42-40.25ghz的辐射效率达到90％以上，即在27.44-28.56ghz，36.92-40.22ghz频段内双频段介质谐振器的辐射效率均高于90％。如图2及图3所示，在28ghz与39ghz处的天线仿真方向图对称，交叉极化在3-db波束范围内优于15db，与现有技术相比，本发明的双频段介质谐振天线在高效率低剖面小尺寸的情况下，能够实现毫米波的双频覆盖，频段范围可以通过介质薄片11沿着x轴方向的长度、缝隙22沿着y轴的长度及匹配枝节25在y轴的长度来调整，能够方便的匹配到5g毫米波的其他频段。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页12