专利名称：一种工作在谐振TE<sup>x</sup><sub>δ01</sub>模式下的介质谐振天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含两个末端金属短路片和T型馈电电极的矩形介质谐振天线， 该天线工作在谐振模式TExstll下，具有较高的口径辐射效率。
背景技术：
在过去，由于介质被看作绝缘体，无法应用于天线设计。但最近的研究表明只要 它们被恰当地激励，就可以实现高效辐射。在许多无线通信和传感应用中，介质天线正逐步 取代传统的金属天线。介质天线拥有很多的优点，例如尺寸小、辐射效率高以及便于调节 匹配。同频段内，介质天线尺寸仅是导体天线的l/i。对于常用的材料，介电常数一般在 35-100之间，这就意味着介质天线尺寸将仅是类似传统天线的1/10-1/6。同时，介质天线 使用介质辐射，减小金属损耗，可以实现高效率辐射。这一点对毫米波频段天线设计至关重 要。介质天线常见的基本结构有矩形、圆柱和半球形。矩形介质谐振天线与其它形状 相比有更多的优势。例如，长宽高三个尺寸提供两个自由度，比圆柱多一个，比半球多两个， 使其成为变化最多样的基本结构。同时在实际操作中，矩形结构也最容易加工、组装。因此， 我们选择矩形介质谐振天线作为研究对象。在介质谐振天线中可以激励出许多不同模式，产生不同的天线特性和辐射方向 图。根据金属波导、金属谐振腔的相关知识，分析矩形介质天线的谐振模式。由分析结果 可知置于地板上的矩形介质谐振天线可以支持TEX，1『或1^模式，辐射方向图类似1_， y-和ζ-方向的磁偶极子。目前，矩形谐振天线的最低模式分别是TExsil，TEy5ll和TEzlis。 若同时激励两个或更多的模式，可以使工作频带进一步展宽。因此，如何激励并有效利用其 它天线模式，使其具有更加优良的特性是介质谐振天线研究的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种工作在谐振模式TExstll下的介质谐振天线的结构设计。 该天线包括由陶瓷粉末烧结的矩形介质单元，两个末端金属短路片，T型馈电电极以及金属 地。采用新型的介质谐振单元，激励起TExstll模式。这是该模式首次应用于天线设计。本发明的特征在于，含有矩形介质单元1、金属地4以及都沿着所述矩形长度方向 两侧间的底部和所述金属地4之间垂直固定布置的两个末端金属短路片31、32和T型馈电 电极2，其中矩形介质单元1，是所述介质谐振天线的主辐射单元；T型馈电电极2，位于偏离所述矩形长度方向的垂直中心线处；两个末端金属短路片31、32，其中第一末端金属短路片31位于偏离所述T型馈电 电极2处，第二末端金属短路片32位于靠近所述T型馈电电极2处。所述的一种工作在谐振模式TExstll下的介质谐振天线，其特征在于所述矩形介 质单元1由陶瓷粉末烧结制成。
所述的一种工作在谐振模式TExstll下的介质谐振天线，其特征在于所述第一个 末端金属短路片31呈矩形，第二个末端金属短路片32呈T形，T型水平分支的厚度与所述 矩形介质单元1的厚度相同。根据本发明的一种工作在谐振模式TExstll下的在介质谐振天线，介质单元采用矩 形结构，设计灵活且便于生产组装。同时，在所述介质谐振天线中有效激励起TExstll模式， 该模式电场在整个辐射口面上均勻分布，使所述介质谐振天线具有较高口径辐射效率。
图1为本发明提供的一种工作在谐振模式TExstll下的介质谐振天线三维图，矩形 部分是介质单元，其它部分是金属。图2为图1的A向视图。图3为图1的B向视图。图4为图1的C向视图。图5为图1的D向视图。图6为图1的A向视图结构的实施实例尺寸图，单位均为毫米(mm)。图7为图1的B向视图结构的实施实例尺寸图，单位均为毫米(mm)。图8为图1的C向视图结构的实施实例尺寸图，单位均为毫米(mm)。图9为图1的D向视图结构的实施实例尺寸图，单位均为毫米(mm)。图10为图6-图9的实施实例介质谐振天线的电场分布图，箭头表示电场方向，线 条的粗细表示电场强度。图11为图6-图9的实施实例介质谐振天线的回波损耗(Sll)图线一。一仿真 Sll ；一β一实测 Sll图12为图6-图9的实施实例的介质谐振天线工作在3. 5GHz时的E面归一化方
向图―1 —共面极化仿真结果；_1__共面极化实测结果----交叉极化仿真结果；
_4一交叉极化实测结果。图13为图6-图9的实施实例的介质谐振天线工作在3. 5GHz时的H面归一化方
向图—共面极化仿真结果；_>—共面极化实测结果----交叉极化仿真结果；
—交叉极化实测结果。
具体实施例方式本发明的目的是提供一种工作在谐振模式TExstll下的介质谐振天线，具体实施方 案包括矩形介质单元1，由陶瓷粉末烧结制成，作为天线的主辐射单元；T型馈电电极2偏离介质单元长度方向的垂直中心线处放置，以便提供合适的阻 抗匹配；两个末端金属短路片31、32，置于所述介质单元1的两个末端，连接介质单元1和 金属地4作为介质单元的支撑结构，使介质单元与金属地之间保持一定的距离；金属地4 ；本发明的技术方案是这样实现的采用偏离介质单元1长度方向垂直中心线放置的T型馈电电极2，向介质单元1馈电。同时，在介质单元1的两个末端端面分别添加金属 短路片31、32与金属地4相连。金属短路片31、32的加入，使得矩形介质单元1可以工作 在谐振TExstll模式。所述介质谐振天线的电场分布如图10所示电场沿χ轴似均勻分布； 沿y轴均勻分布；在ζ轴方向随着高度的减小，电场强度减小，到达金属地4时水平电场消 失。在满足边界约束条件的情况下，电场分布构成谐振TExstll模式。同时，所述介质谐振天 线的工作频率仅由介质单元1的高度以及与金属地4的距离共同决定，与介质单元1的长 度与宽度无关。以图6-图9所示尺寸制作的介质谐振天线的回波损耗(Sll)仿真与实测结果如 图11所示。测量的阻抗带宽(Sll彡-IOdB)为3. 465GHz到3. 550GHz,中心频率3. 505GHz ； 仿真结果的中心谐振频率为3. 5 GHz，带宽85MHz。仿真结果与实测结果吻合良好。以图6-图9所示尺寸制作的介质谐振天线的归一化方向图如图12和13所示。E 面归一化方向图如图12所示，测量的交叉极化隔离度大于20dB，验证了电场主要沿y轴分 布；H面归一化方向图如图13所示，在主辐射方向上，测量的交叉极化隔离度约20dB。仿真 与实测的方向图吻合良好，说明谐振TExstll模式已经在所设计的结构中实现。电场在天线的主辐射口径xoy平面上均勻分布。因此，天线可以提供较高的口径 辐射效率。仿真的增益最大值出现在θ =0°点处为5.72dB。
权利要求
一种工作在谐振TExδ01模式下的介质谐振天线，其特征在于含有矩形介质单元(1)、金属地(4)以及都沿着所述矩形长度方向两侧间的底部和所述金属地(4)之间垂直固定布置的两个末端金属短路片(31，32)和T型馈电电极(2)，其中矩形介质单元(1)是所述介质谐振天线的主辐射单元；T型馈电电极(2)位于偏离所述矩形长度方向的垂直中心线处；两个末端金属短路片(31、32)，其中第一个末端金属短路片(31)位于偏离所述T型馈电电极(2)处，第二个末端金属短路片(32)位于靠近所述T型馈电电极(2)处。
2.根据权利要求1所述的一种工作在谐振1^8(11模式下的介质谐振天线，其特征在于 所述矩形介质单元(1)由陶瓷粉末烧结制成。
3.根据权利要求1所述的一种工作在谐振1^8(11模式下的介质谐振天线，其特征在于 所述第一个末端金属短路片(31)呈矩形，第二个末端金属短路片(32)呈T形，T型水平分 支的厚度与所述矩形介质单元(1)的厚度相同。
全文摘要
一种工作在谐振TExδ01模式下的介质谐振天线，属于天线技术领域，其特征在于含有矩形介质单元1、金属地4以及都沿着所述矩形长度方向两侧间的底部和所述金属地4之间垂直布置的T型馈电电极2和两个末端短路金属片31、32，其中T型馈电电极2位于偏离所述矩形长度方向的垂直中心线处，两个末端短路金属片分别固定在所述矩形长度方向的两侧，其中第一个末端金属短路片31呈矩形，位于偏离T型馈电电极2处；第二个末端金属片呈T形，位于靠近T型馈电电极2处。本发明便于生产和安装。谐振TExδ01模式的电场在整个辐射口面上均匀分布，具有较高口径辐射效率。
文档编号H01Q1/36GK101807745SQ20101013748
公开日2010年8月18日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者冯正和, 张志军, 陈文华, 高扬 申请人:清华大学