专利名称：单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型属于一种通信系统用介质谐振器天线，特别是一种适用于移动通信和卫星通信用的单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线。
二背景技术：
介质谐振器在微波技术领域有着极其广泛的应用，它的主要优点在于尺寸小、重量轻、成本低、无金属损耗以及品质因数高和易于集成。介质谐振器可作为一种有效的辐射单元而用于通信系统的收发天线，称作介质谐振器天线。现有技术RigorousAnalysis of Dielectric Resonator Antenna Using the Method of Moments.Ph.D.Dissertation，the Chinese University of Hong Kong，May 1993中，公开了一种半球形介质谐振器天线，它是由半球形介质谐振器、接地板、同轴探针或矩形窄缝等组成，作用时利用同轴探针直接完成激励，或者通过微带接地板上的矩形窄缝进行激励。但这两种激励方式均不能使半球形介质谐振器天线激发出圆极化波，原因在于同轴探针和矩形窄缝分别等效于电偶极子和磁偶极子，而单个的电偶极子或磁偶极子是典型的线极化天线，它不产生圆极化波。圆极化波的优点在于它可包含线极化波的全部偏向和信息，对天线安装的方位要求也不是很严格，并可减少由雨滴引起的电磁波衰减，所以特别适合于移动通信和卫星通信系统。所以上述结构要想产生圆极化波，就必须采用多个同轴探针或矩形窄缝布局，这样又造成了结构复杂，体积和成本增大等缺点。因此它只适用于一般的通信系统。
三
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种既满足于普通通信系统要求，又特别适合于移动通信和卫星通信系统使用的单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的。单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线，它包括半球形介质谐振器、接地板、探针和同轴电缆，半球形介质谐振器位于接地板的正上方，探针和同轴电缆位于接地板的正下方，其特征是在接地板的底面上且在半球形介质谐振器的覆盖范围内设置有单臂螺旋缝，单臂螺旋缝的坐标原点与半球形介质谐振器的球心重合；由同轴电缆内导体延伸出来的探针横跨单臂螺旋缝，另一端焊接在接地板上。在上述各器件的组合中，涉及的变量较多，只要参数选取适当，就能够在介质谐振器的谐振频率附近激发出圆极化波。首先，依据通信系统的工作频率确定半球形介质谐振器的谐振频率，据此谐振频率确定半球形介质谐振器的半径和介电常数，其中介电常数不能取得太大，一般在4～80之间，高介电常数虽可减小天线尺寸，但会降低辐射效率，使带宽变窄，半径宜在10～40mm之间取值；其次，用数值模拟程序(参数选取借助计算机辅助完成是为了显著提高工作效率)或用性能优越的商用软件优化出单臂螺旋缝的尺寸以及馈点的位置，优化标准是在介质谐振器的谐振频率附近取得好的轴化比和阻抗匹配，螺旋缝不宜过小或过大，应注意被介质谐振器完全覆盖，缝隙亦不宜过宽，以0.8～1.2mm为宜；微波发生信号由同轴电缆接入，再通过探针、螺旋缝将微波能量耦合到半球形介质谐振器，然后向自由空间辐射。单臂螺旋缝能使半球形介质谐振器天线激发出圆极化波的原理是在微波发生信号作用下，螺旋缝隙上感应出可近似认为沿缝臂切向方向的电场，该电场可用磁流源等效，而缝臂切向方向的单位矢量可分解成半径方向分量和旋转角方向分量，即磁流源可进一步近似等效为磁流环加磁偶极子，二者可在远区自由空间垂直于波传播方向的平面内分别产生θ方向和φ方向的电场，且两个方向的电场存在90°的相位差，这是产生圆极化波的必要条件，故可认为在轴化比＜3dB的频率范围内获得了圆极化波。
本实用新型与现有技术相比其显著的优点是在接地板上利用单臂螺旋缝替代了现有技术中的同轴探针或矩形窄缝，实现了在介质谐振器的谐振频率附近激发出圆极化波的目的，结构简单，成本低廉，安装方便，不受方位限制，既满足于普通通信系统要求，又特别适用于移动通信和卫星通信系统。
四
图1是根据本实用新型所述单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线的结构示意图。
图2为图1的仰视结构示意图。
五、具体实施方案
以下结合附图，以中心工作频率在3.6GHz的通信系统为例，对本实用新型所述单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线的具体结构作进一步详细说明。
参见图1、图2，单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线由半球形介质谐振器(1)、接地板(2)、单臂螺旋缝(3)、探针(4)、同轴电缆(5)组成，半球形介质谐振器(1)的半径ar＝12.5mm，介电常数εd＝9.5；接地板(2)用25×25cm2的铜贴纸代替；单臂螺旋缝(3)的宽度W＝0.8mm，从坐标原点到缝臂中心线的径向距离ρ由阿基米德螺旋函数定义ρ＝aφ+Δ，其中常数a＝0.33mm/rad，Δ＝0.18mm/rad，φ∈[5.5π，7.5π]，馈点坐标φ0＝6.0π，借助Auto CAD软件在专用纸上按1∶1的比例打印出单臂螺旋缝(3)，经过暴光、去膜、蚀刻等工序在铜贴纸上刻出单臂螺旋缝(3)；同轴电缆(5)紧贴接地板(2)，与半球形介质谐振器(1)分居接地板(2)两侧；由同轴电缆(5)内导体延伸出来的探针(4)横跨单臂螺旋缝(3)，另一端焊接在接地板(2)上。半球形介质谐振器(1)的球心与单臂螺旋缝(3)的坐标原点重合。微波发生信号由同轴电缆(5)接入，即可在远区探测到圆极化波。
权利要求1.一种单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线，它包括半球形介质谐振器[1]、接地板[2]、探针[4]和同轴电缆[5]，半球形介质谐振器[1]位于接地板[2]的正上方，探针[4]和同轴电缆[5]位于接地板[2]的正下方，其特征是在接地板[2]的底面上且在半球形介质谐振器[1]的覆盖范围内设置有单臂螺旋缝[3]，单臂螺旋缝[3]的坐标原点与半球形介质谐振器[1]的球心重合；由同轴电缆[5]内导体延伸出来的探针[4]横跨单臂螺旋缝[3]，另一端焊接在接地板[2]上。
2.根据权利要求1所述的单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线，其特征是单臂螺旋缝[3]的缝宽为0.8～1.2mm。
3.根据权利要求1或2所述的单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线，其特征是半球形介质谐振器[1]的介电常数为4～80，半径为10～40mm。
专利摘要本实用新型公开了一种单臂螺旋缝激励半球形介质谐振器天线，它是由半球形介质谐振器、接地板、单臂螺旋缝、探针和同轴电缆组成，半球形介质谐振器位于接地板的正上方，单臂螺旋缝、探针和同轴电缆位于接地板的正下方。本实用新型的主要特点是利用设置在接地板底面上的单臂螺旋缝和各组合器件参数的合理取值，实现了在介质谐振器的谐振频率附近激发出圆极化波的目的。其结构简单，成本低廉，安装方便，不受方位限制，既满足于普通通信系统要求，又特别适用于移动通信和卫星通信系统。
文档编号H01Q13/00GK2624420SQ03221820
公开日2004年7月7日 申请日期2003年5月15日 优先权日2003年5月15日
发明者陈如山, 钱志华, 梁国华, 王道祥, 莫磊 申请人:南京理工大学