一种小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线的制作方法

本发明涉及共形天线技术领域，特别涉及一种小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线。

背景技术：

随着无线通信技术的快速发展，无线通信设备便开始朝着便携的方向发展，各种电子设备应运而生，这同时也使天线设计朝着可共形的方向发展。

目前为止，行业内的共形天线大多基于金属贴片微带天线理论，该种天线采用柔性基板如：1、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乳酸、相纸等有机柔性介质；2、毛毡、纺布等织物编织而成。其金属贴片采用柔性铜箔、导电溶液、墨水、织物等。当前市场上出现了大量智能可穿戴硬件设备，比如运动手环，智能手表等，除了具备传统的手表，指南针等功能，还具有通话，短距离信息交互，定位导航等功能。人们对这类无线通信设备的要求也越来越高，为了满足便携性、柔性、美观等要求，无线通信设备正朝着共形化、小型化等方向发展。

传统的介质谐振器天线应用于平面，地板平坦。目前为止，行业内的共形天线大多基于微带天线，介质谐振器天线并未实际应用于共形设备中，而介质谐振器天线相比于微带天线，拥有宽带宽、高极化纯度、高设计自由度、多辐射模式等诸多优点，可以进一步满足共形系统对天线的要求。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线，包括：金属反射板(1)、介质谐振器(2)、介质基板(3)、地板(4)、馈线(5)和耦合缝隙(6)；

所述介质谐振器(2)和介质基板(3)都为弧形板状。介质谐振器(2)上表面的面积小于介质基板(3)上表面的面积。

所述介质谐振器(2)下表面与介质基板(3)的上表面共形，介质谐振器(2)以环氧树脂胶固定于介质基板(3)上表面的中央，介质基板(3)上表面贴合覆盖地板(4)，地板(4)材料为铜箔；

金属反射板(1)为弧形铁板，金属反射板(1)的内弧与地板(4)共形，并竖直固定在介质谐振器(2)一侧，金属反射板(1)与介质谐振器贴合并以环氧树脂胶固定；

在介质基板(3)下表面覆盖馈线(5)，馈线(5)以地板边缘一侧为起始端，另一侧为自由端，馈线关于yoz平面对称；在地板(4)轴线靠近馈线自由端一侧距离2.6mm处刻蚀出矩形耦合缝隙(6)，耦合缝隙(6)与馈线(5)空间正交；

所述天线由馈线(5)馈电，电磁波能量通过地板(4)上的耦合缝隙(6)耦合传导至上表面的介质谐振器(2)。

进一步的，金属反射板(1)内弧长度为17mm，外弧长度为29.6mm，厚度为0.2mm，高度为12mm，弧度为1.05rad；

介质谐振器(2)的相对介电常数9.9，内弧长度为17mm，外弧长度为21.2mm，底部直边长度为10mm，高度为4mm，弧度为1.05rad；

介质基板(3)采用fr4材料，相对介电常数4.4，内径为16.6mm，底部直边长度为30mm，高度为0.4mm，弧度为2.1rad，

进一步的，馈线(5)为铜微带线，长边长度为21.8mm，宽边弧长为0.9mm，耦合缝隙(6)宽边长度为0.8mm，长边弧长为7.3mm。

进一步地，本发明的天线采用缝隙耦合馈电，耦合缝隙对称轴与馈线自由端边缘距离为2.6mm。

与现有技术相比本发明的优点在于：

1.采用共形天线的形式，拓展了该天线的可应用场景，使该类天线可用于弯曲表面；

2.利用电壁加载，使天线体积缩小至一半；

3.利用多谐振模式融合、多辐射结构复合，获得超宽带特性；

4.利用方向图叠加原理，获得零点与极点可操控的斜波束特性

5.利用混合天线结构，获得宽带斜波束特性，使斜波束方向图在较宽的工作带宽中保持稳定；

6.天线设计理论明晰，工作原理清楚该天线基于贴片天线设计，相比于传统的共形天线，拥有更宽的带宽、更可控的波束。

附图说明

图1是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线的主视图；

图2是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线的俯视图；

图3是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线的左视图；

图4是本发明实施例介质基板的仰视图；

图5是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线在工作模式一时介质谐振器中电场分布图；

图6是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线在工作模式一与二时金属反射板上表面电流分布图；

图7是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线在工作模式二时辐射缝隙周围电流分布图；

图8是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线在工作频带上s参数曲线图；

图9是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线工作在第一工作模式下于6.4ghz、方位角为0deg时主极化与交叉极化对比图；

图10是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线工作在第一工作模式下于6.4ghz、方位角为90deg时主极化与交叉极化对比图；

图11是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线工作在第二工作模式下于7.8ghz、方位角为0deg时主极化与交叉极化对比图；

图12是本发明实施例小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线工作在第二工作模式下于7.8ghz、方位角为90deg时主极化与交叉极化对比图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

如图1至3所示，一种小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线，包括：金属反射板(1)、陶瓷介质块(2)、介质基板(3)、地板(4)、馈线(5)和耦合缝隙(6)；

所述介质谐振器(2)与介质基板(3)共形，固定于介质基板(3)中央，介质基板(3)上表面贴合覆盖地板(4)，地板(4)材料为铜箔；

金属反射板(1)材料为铁，金属反射板(1)与地板(4)共形并固定在地板(4)中间，金属反射板(1)侧面与介质谐振器以环氧树脂胶贴合固定；

如图4所示，在介质基板(3)下表面覆盖馈线(5)，馈线(5)以地板边缘一侧为起始端，另一侧为自由端，馈线关于yoz平面对称；在地板(4)轴线靠近馈线自由端一侧距离2.6mm处刻蚀出矩形的耦合缝隙(6)；

所述天线由馈线(5)馈电，电磁波能量通过地板(4)上的耦合缝隙(6)耦合传导至上表面介质谐振器(2)。

本发明所述的小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线基于镜像原理，采用电壁加载的形式，使得介质谐振器天线的体积缩减至一半，并进一步利用电壁的散射特性，获得多功能金属加载结构；基于互补天线的辐射叠加与相消原理，采用同时激励的竖直电单极子与水平磁偶极子，获得斜波束辐射特性，且具有可控的辐射零点与极点；采用单极子天线、介质谐振器天线、缝隙天线复合结构，利用多谐振模式融合的原理，获得宽带特性，且保持斜波束特性不变；利用介质谐振器天线三谐振模式与缝隙天线单谐振模式，获得了超宽带特性。

如图5所示，该小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线在工作模式一时介质谐振器中电场平行于y轴分布，该场分布可视为水平磁偶极子的场分布；

如图6所示，金属反射板上表面电流分布可视为激励起的竖直电单极子的电流分布；

如图7所示，该小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线在工作模式二时辐射缝隙周围电流如图示分布；

如图8所示，该小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线端口s参数小于-10db带宽达到62％，为超宽带天线。

图9与图10是本发明的小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线工作在第一工作模式下6.4ghz处方位角分别为0deg与90deg的主极化与交叉极化方向图对比图，可以看出该小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线具有斜方向图、宽波束的特点。

图11与图12是本发明的小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线工作在第二工作模式下7.8ghz处方位角分别为0deg与90deg的主极化与交叉极化方向图对比图，可以看出该小型化斜波束超宽带共形介质谐振器天线具有斜方向图、宽波束的特点。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。