一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线

1.本发明涉及无线通信系统中天线技术领域，设计了一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线。


背景技术：

2.近年来，因毫米波具有带宽宽、精度高、抗干扰能力强等优点，毫米波通信系统和天线设备受到越来越多的关注。介质谐振器天线具有设计自由度高、辐射效率高、小型化等特点，在毫米波段的损耗也较小。但在许多场合下，对于天线的性能有着更高的要求，比如宽带宽、方向性强、增益高等辐射性能，这样的要求往往很难用单个天线实现。因此，毫米波介质谐振器阵列天线的研究具有十分重要的应用价值。


技术实现要素：

3.针对单个天线增益不高、带宽不宽的问题，本发明提供了一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，采用多个辐射单元，有效提高了天线增益，拓宽了天线带宽。
4.为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：该天线包括四个介质谐振器、一层刻蚀四个十字交叉槽的金属地、一层介质基板和一层微带并联馈电网络。
5.所述的四个介质谐振器单元呈线性排列，且沿+x轴倾斜45
°
放置在金属地上，相邻介质谐振器单元中心间距相等，约为0.6λ（λ为中心频率波长）。
6.所述的四个十字交叉槽刻蚀在金属地上，且位于四个介质谐振器正下方，相邻十字交叉槽的间距相等，约为0.6λ。
7.所述的金属地位于介质基板上表面。
8.所述的介质基板采用0.254mm的rogersrt/duroid5880介质板，其相对介电常数为2.2。
9.所述的微带并联馈电网络位于介质基板下表面上，包括一个输入端口，四个输出端口，每一个输出端口与对应位置的十字交叉槽相互耦合进行馈电。
10.本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线采用并联馈电网络，四个介质谐振器采用堆叠结构，并使用十字交叉槽与微带并联馈电网络耦合馈电结构，实现了较宽的阻抗带宽、圆极化带宽和较高的增益，同时该阵列天线结构简单，易于加工，有良好的应用前景。
附图说明
11.图1是本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线的整体结构示意图。
12.图2是本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线中的介质谐振器结构示意图。
13.图3本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线中的金属地结构示意
图。
14.图4是本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线中的微带并联馈电网络结构示意图。
15.图5是本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线中的馈电结构示意图。
16.图6是本发明一种堆叠毫米波圆极化介质谐振器阵列天线回波损耗s
11
仿真结果图。
17.图7是本发明一种堆叠毫米波圆极化介质谐振器阵列天线轴比仿真结果图。
18.图8是本发明一种堆叠毫米波圆极化介质谐振器阵列天线增益仿真结果图。
具体实施方案
19.下面结合说明书附图，对本发明做进一步详细说明。
20.如图1所示，本实施例提供一种堆叠毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，包括：四个介质谐振器1、一层刻蚀四个十字交叉槽2的金属地3、一层介质基板4和一层微带并联馈电网络5。四个介质谐振器（1）呈水平线性排列，放置在金属地3上，相邻两个介质谐振器（1）中心间距相等,约为0.6λ；四个十字交叉槽（2）刻蚀在金属地3上，且位于四个介质谐振器 （1）的正下方，相邻两个十字交叉槽的中心间距也相等，约为0.6λ；金属地3位于介质基板4的上表面；介质基板4采用厚度为0 .254mm的rogersrt/duroid5880介质板，其长度l=55 mm，宽度w=40mm；微带并联馈电网络5位于介质基板4的下表面。
21.如图2所示，本发明实施例中的介质谐振器（1）由底层十字交叉介质谐振器与顶层矩形介质谐振器相堆叠组成，材料采用rogers6010lm，相对介电常数为10.2。其中底层十字交叉介质谐振器由两个长度l1=6.4mm、宽度w1=1.9mm、高度h1=0.73的矩形介质谐振器正交而成；顶层矩形介质谐振器的长度l2=1.9mm，宽度w2=1.9mm，高度h2=2.6mm，位于底层十字交叉介质谐振器的正上方，四个介质谐振器（1）分别放置在四个十字交叉槽（2）的正上方。
22.如图3所示，在介质基板4上表面的金属面3上刻蚀四个十字交叉槽（2），每个十字交叉槽由两个宽度相等、长度不等的矩形槽正交构成，且两个矩形槽向+x轴倾斜45
°
和
−
45
°
，其中矩形槽宽度ws=0.65mm，长度ls1=2.9mm，ls2=1.53mm；四个十字交叉槽线性排列刻蚀在金属地上，位于四个介质谐振器正下方，相邻十字交叉槽的中心间距相等，约为0.6λ。
23.如图4所示，微带并联馈电网络5位于介质基板4的下表面，包括一个输入端口和四个输出端口，微带并联馈电网络5的中心轴线与介质基板4的中心轴线重合；微带馈线所有的弯折处均为 90
°
拐角，弯折点处进行切角处理，切角为等腰直角三角形，其腰长等于0.55mm；三段水平微带线中心也进行切角处理，切角为等边三角形，所述等边三角形顶点位于每条水平微带线下边缘中点处，边长等于0.6mm。
24.如图5所示，本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线中的耦合馈电结构由十字交叉槽（2）和微带并联馈电网络5组成，输入信号由微带并联馈电网络5输入端口馈入，由四个输出端口与四个十字交叉槽（2）进行耦合，对四个介质谐振器1进行馈电。
25.如图6所示，本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线的有效阻抗带宽 (|s
11
|《-10db)覆盖24.41-30.1ghz，有效相对阻抗带宽为21.7％，中心频率为27.5ghz，工作在5g毫米波规划频段。
26.如图7所示，本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线具有圆极化特性，有效圆极化带宽(axial ratio《3db)覆盖24.37-28.31ghz，有效相对圆极化带宽为15 .4％。
27.如图8所示，本发明一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线的工作频带内的最大增益可达到12dbi。
28.以上所述，仅为本发明的具体实施方案，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。


技术特征：
1.一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，其特征在于，包括四个介质谐振器、一层刻蚀四个十字交叉槽的金属地、一层介质基板和一层微带并联馈电网络；所述四个介质谐振器单元呈线性排列，且沿+x轴倾斜45
°
放置在金属地上，相邻介质谐振器单元中心间距相等，约为0.6λ（λ为中心频率波长）；所述四个十字交叉槽刻蚀在金属地上，且位于四个介质谐振器正下方，相邻十字交叉槽的间距相等，约为0.6λ；所述金属地位于介质基板的上表面；所述的微带并联馈电网络位于介质基板下表面上，包含一个输入端口，四个输出端口，每一个输出端口与对应位置的十字交叉槽相互耦合进行馈电。2.根据权利要求1所述的一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，其特征在于，所述介质谐振器由底层十字交叉介质谐振器和顶层矩形介质谐振器堆叠而成，其中底层十字交叉介质谐振器由两个完全相同的矩形介质谐振器正交而成，顶层矩形介质谐振器的上、下表面呈正方形，位于十字交叉介质谐振器的正上方。3.根据权利要求2所述的一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，其特征在于，所述的介质谐振器采用的材料为rogers6010lm，相对介电常数为10.2。4.根据权利要求1所述的一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，其特征在于，所述的十字交叉槽由两个宽度相等、长度不等的矩形槽正交构成，且两个矩形槽向+x轴倾斜45
°
和
−
45
°
，四个十字交叉槽线性排列刻蚀在金属地上，且位于四个介质谐振器正下方，相邻十字交叉槽的间距相等，约为0.6λ。5.根据权利要求1所述的一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，其特征在于，金属地位于介质基板上表面，且所述的介质基板采用厚度为0.254mm的rogersrt/duroid5880介质板，相对介电常数为2.2。6.根据权利要求1所述的一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，其特征在于，所述的微带并联馈电网络位于介质基板的下表面，包括一个输入端口和四个输出端口，微带并联馈电网络的中心轴线与介质基板的中心轴线重合，微带馈线所有弯折处均为 90
°
拐角，弯折点处进行切角处理，切角为等腰直角三角形，其腰长等于0.55mm，三段水平微带线的中心也进行切角处理，切角为等边三角形，所述等边三角形顶点位于每条水平微带线下边缘中点处，边长等于0.6mm。

技术总结
本发明公开了一种堆叠结构毫米波圆极化介质谐振器阵列天线，该阵列天线由四个介质谐振器、一层刻蚀四个十字交叉槽的金属地、一层介质基板和一层微带并联馈电网络组成。四个介质谐振器的材料和尺寸完全相同，由底层十字交叉介质谐振器与顶层矩形介质谐振器堆叠组成，并沿+x轴倾斜45


技术研发人员：甘金凤 姬五胜 冯立营
受保护的技术使用者：天津职业技术师范大学（中国职业培训指导教师进修中心）
技术研发日：2022.06.28
技术公布日：2022/10/3