一种超宽带高增益介质谐振器天线的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种天线，具体涉及一种超宽带高增益介质谐振器天线。


背景技术：

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天线是一种用来发射或接收电磁波的电子器件，广泛用于广播电视、点对点无线通信、雷达和电磁探测等领域。近年来，一种小型化的介质谐振器天线由于其良好的性能受到了广泛的关注和研究，如图1至图3所示，其结构主要包括第一介质基板01、接地金属板02、第二介质基板03、介质谐振器 04、馈电同轴接头05和馈电微带线06；第一介质基板01、接地金属板02和第二介质基板03由上至下依次设置，第一介质基板01和第二介质基板03共用接地金属板02；第一介质基板01中心开设通孔011；接地金属板02上与通孔011对应处设有狭缝021；介质谐振器04设置于该通孔011处且侧壁与通孔011孔壁紧密贴合，介质谐振器04下表面与接地金属板02接触且完全覆盖狭缝021；馈电同轴接头05的外导体电连接接地金属板02和第二介质基板03二者共同的边缘，馈电微带线06设置于第二介质基板03底部，其一端延伸至第二介质基板03底部与上述狭缝021对应位置处，另一端与馈电同轴接头05的内导体电连接；介质谐振器04可以为圆柱形，也可以为正四棱柱形。这种天线具有质量和体积较小、品质因数q值较高、使用频率的带宽极宽，以及谐振器的谐振频率温度稳定性较好等优点。
[0003]
但随着介质谐振器天线的飞速发展以及通信系统带宽和集成度的不断提高，介质谐振器天线朝着高增益和宽频带等方向不断发展，使其在一些特殊场合，依然存在带宽不够和增益不足的技术问题。


技术实现要素：

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本实用新型的目的是解决现有介质谐振器天线在一些特殊的应用场合中，存在带宽不够和增益不足的技术问题，提供一种超宽带高增益介质谐振器天线。
[0005]
为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：
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一种超宽带高增益介质谐振器天线，其特殊之处在于：包括由上至下依次设置的第一介质基板、接地金属板、第二介质基板，以及介质谐振器、馈电同轴接头和馈电微带线；
[0007]
所述第一介质基板和第二介质基板共用接地金属板；
[0008]
所述第一介质基板中心开设有与介质谐振器适配的通孔；所述接地金属板上与所述通孔对应处设有狭缝；
[0009]
所述介质谐振器设置于该通孔处且侧壁与通孔孔壁紧密贴合，介质谐振器下表面与接地金属板接触且完全覆盖所述狭缝；
[0010]
所述馈电同轴接头的外导体电连接于接地金属板和第二介质基板二者共同的边缘上，所述馈电微带线设置于第二介质基板底部，馈电微带线的一端延伸至第二介质基板底部与所述狭缝对应位置处；
[0011]
所述馈电微带线与狭缝呈十字交叉状，馈电微带线的另一端与馈电同轴接头的内
导体电连接；
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还包括以所述介质谐振器为中心、同心粘贴于第一介质基板上表面的3 个或4个环形金属贴片；最内圈环形金属贴片以外的每个环形金属贴片外侧均设置一个金属套筒，金属套筒高度由外至内逐渐降低，最外层金属套筒高度为介质谐振器工作中心频率对应波长的四分之一；
[0013]
所述环形金属贴片和金属套筒的形状与所述介质谐振器的形状相匹配。
[0014]
进一步地，为了实现对电磁波实现更好的汇聚作用，金属套筒每向内一层降低一半高度。
[0015]
进一步地，为了减少材料对辐射的损耗，所述环形金属贴片和金属套筒均为铜材质。
[0016]
进一步地，为了得到较好的宽带和增益，所述第一介质基板上表面粘贴有3个环形金属贴片。
[0017]
进一步地，为了方便金属高度的计算，套筒与其内侧金属贴片的边缘相距1-2mm。
[0018]
进一步地，为了便于加工、降低成本，所述第一介质基板、接地金属板和第二介质基板均为方形，介质谐振器为圆柱形，环形金属贴片为圆环形，金属套筒为圆筒形。
[0019]
本实用新型相比现有技术具有的有益效果：
[0020]
1、本实用新型提供的超宽带高增益介质谐振器天线，为了实现超宽带和高增益，在现有介质谐振器天线的基础上，以介质谐振器为中心，在第一介质基板上表面同心设置了3个或4个环形金属贴片，介质谐振器天线工作时，通过使环形金属贴片在具有高方向性的模式下工作，然后利用环形金属贴片激发介质谐振器，环形金属贴片作为寄生单元，激励介质谐振器的高次模，从而提高了天线的增益，相比于单环(只有一个环形金属贴片，没有金属套筒情况下)的增益和带宽较小，为了实现超宽带和高增益，引入了多环(即多个环形金属贴片)和金属套筒结构，使得介质谐振器内存在两个或两个以上的谐振模式，且谐振模式个数随环形金属贴片个数的增加而增加，从而使介质谐振器工作在多个谐振频率下，达到展宽带宽的效果。但是，当环形金属贴片数量大于3以后，天线频带展宽效果逐渐减弱，同时增加了天线的结构尺寸和复杂度，因此，环形金属贴片的个数以为3个较佳。渐进增高的金属套筒实现对电磁波的汇聚作用。为了兼顾展宽天线带宽和提高增益，在增加多环(多个环形金属贴片)达到足够工作带宽的基础上，从第二个环形金属贴片之后开始设置金属套筒，在对带宽影响较小的情况下，实现了增益的提高。
[0021]
2、本实用新型提供的超宽带高增益介质谐振器天线，对现有介质谐振器天线进行了改进，但未增加介质谐振器天线本身的体积，具有结构简单、紧凑，易于制造等优点。
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3、本实用新型提供的超宽带高增益介质谐振器天线，指定金属套筒与其内侧环形金属贴片边缘的距离为1-2mm，以便于快速得到金属套筒优化高度尺寸。
附图说明
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图1为现有介质谐振器天线未放置介质谐振器时的结构示意图；
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图2为现有介质谐振器天线第二介质基板底部的结构示意图；
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图3为现有介质谐振器天线的结构示意图；
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图4为本实用新型超宽带高增益介质谐振器天线的结构示意图；
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图5为图4的俯视图；
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图6为介质谐振器天线的阻抗带宽曲线图，a代表现有介质谐振器天线， b代表本实用新型介质谐振器天线；
[0029]
图7为介质谐振器天线的增益特性曲线图，a代表现有介质谐振器天线， b代表本实用新型介质谐振器天线；
[0030]
图8为介质谐振器天线的辐射方向图，a代表现有介质谐振器天线，b代表本实用新型介质谐振器天线；
[0031]
附图标记说明：
[0032]
图1至图3,01-第一介质基板、011-通孔、02-接地金属板、021-狭缝、 03-第二介质基板、04-介质谐振器、05-馈电同轴接头、06-馈电微带线；
[0033]
图4至图5,1-第一介质基板、11-通孔、2-接地金属板、21-狭缝、3
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第二介质基板、4-介质谐振器、5-馈电同轴接头、6-馈电微带线、7-环形金属贴片、8-金属套筒。
具体实施方式
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下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步地说明。
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本发明的超宽带高增益介质谐振器天线，如图4至图5所示，包括第一介质基板1、接地金属板2、第二介质基板3、介质谐振器4、馈电同轴接头5 和馈电微带线6；所述第一介质基板1、接地金属板2和第二介质基板3由上至下依次设置，接地金属板2上表面与第一介质基板1下表面相贴合，接地金属板2下表面与第二介质基板3上表面相贴合，第一介质基板1和第二介质基板3共用接地金属板2；所述第一介质基板1、接地金属板2和第二介质基板3均为方形；所述第一介质基板1中心开设有与介质谐振器4适配的通孔11到接地金属板2处；所述接地金属板2上与所述通孔11对应处设有狭缝21(一长方形窄缝)；所述介质谐振器4设置于该通孔11处且侧壁与通孔 11孔壁紧密贴合，介质谐振器4下表面与接地金属板2接触且完全覆盖所述狭缝21；所述馈电同轴接头5的外导体电连接于接地金属板2和第二介质基板3二者共同的边缘上，所述馈电微带线6设置于第二介质基板3底部，馈电微带线6的一端延伸至第二介质基板3底部与所述狭缝21对应位置处呈十字交叉状，馈电微带线6的另一端与馈电同轴接头5的内导体电连接。
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以所述介质谐振器4为中心、在第一介质基板1上表面同心粘贴n个环形金属贴片7；除最内圈环形金属贴片7以外，每个环形金属贴片7外侧均设置一个金属套筒8，所述环形金属贴片7和金属套筒8均为任意轻薄金属材质，优选铜材质；金属套筒8与其内侧环形金属贴片7的边缘相距1-2mm，优选 1mm,所述n为3或4，优选n＝3，金属套筒8高度由外至内逐渐降低，每向内一层降低一半高度(即依次向内以二分之一的比例缩减)；最外层金属套筒8 高度为介质谐振器4工作中心频率对应波长的四分之一；所述环形金属贴片7 和金属套筒8的形状与所述介质谐振器4的形状相匹配，即介质谐振器4为圆柱形时，环形金属贴片7为圆环形，金属套筒8为圆筒形，所述介质谐振器4为正四棱柱形时，环形金属贴片7为方环型，金属套筒8为方筒形。
[0037]
为了实现介质谐振器天线的超宽带和高增益，采用3个环形金属贴片7 和2个金属套筒8时，利用环形金属贴片7激发介质谐振器4的hem
11δ
高次模式，同时使环形金属贴片7工作在tm
12
模式下，该模式具有高方向性，从而提高了天线的增益，相较于单环(即n＝1，只有
一个环形金属贴片7，没有金属套筒8情况下)的增益带宽较小，为了实现超宽带，引入多环和金属套筒8 结构实现天线的超宽带和高增益。
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图6为介质谐振器天线的阻抗带宽曲线图(天线电压驻波比特性曲线)，从图中可以看出，现有介质谐振器天线只有一个谐振点，工作在6.45ghz附近，-10db阻抗带宽从6.25ghz到6.75ghz，相对带宽大约为7.69％；本实用新型介质谐振器天线明显多了一个谐振点，分别谐振于6.51ghz和7.74ghz 处，-10db阻抗带宽从6.25ghz一直到7.85ghz，相对带宽大约为22.69％，可见，增加的环形金属贴片7激励起了介质谐振器的多模工作模式，从而大大展宽了天线的阻抗带宽。
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图7为介质谐振器天线的增益特性曲线图，从图中可以看出，现有介质谐振器天线在6ghz到8ghz整个频带内，增益从1.0db逐渐增加到3.7db，最高增益出现在8ghz处，为3.7db；本实用新型介质谐振器天线增益从2.1db 先逐渐增加到12.7db后逐渐减少7db，最大增益出现在7.25ghz处，为12.7db，本发明的天线相比现有天线，增益明显增加，中间工作频段增益提高了10db 左右，可见增加的环形金属贴片7和金属套筒8显著地增加了天线的增益。
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图8为介质谐振器天线的辐射方向图，图中取现有介质谐振器天线与本实用新型介质谐振器天线两种天线在7ghz时h面归一化增益辐射方向曲线，从图中可以看出，现有介质谐振器天线在天线正辐射方向(正向辐射，即角度为0度方向)较宽，3db波瓣宽度大约为90度，而本实用新型介质谐振器天线的3db波瓣宽度大约为50度，同时，天线的后辐射方向(后向辐射，即角度为-180度方向)较现有介质谐振器天线也有了明显的减弱，可见本实用新型介质谐振器天线可以有效地将电磁波汇聚到天线正向辐射方向，减少后向辐射和向四周散射的能量，从而极大地提高天线的增益和辐射效率。
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最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型所保护技术方案的范围。