一种四端口介质谐振器天线

本发明涉及天线，尤其涉及一种四端口介质谐振器天线。

背景技术：

1、随着无线通信和技术的快速发展要求在有限的频谱内具有较高的数据速率和可靠性。为了满足这些需求，多输入多输出（multiple input multiple output, mimo）技术作为一种新兴的技术出现，并被应用于目前的多个无线标准中。该技术在发射端和接收端采用多根天线，以提高链路可靠性、数据速率和信道容量，并且不需要额外的功率和频谱。另外，介质谐振器天线（dra）由于具有高增益、高辐射效率以及无导体损耗等吸引人的特性，在mimo系统中的使用率也逐渐上升。并且在dra可激发多个模式，产生多个天线端口，类似于mimo天线系统中的发射或接收分支。因此，dra的多模特性可以省去对多个天线阵列单元的需求，并允许将单个介质谐振器单元用作mimo天线，从而实现小型化。然而，在移动终端小型化的趋势下，多天线的紧密排列势必会在天线之间产生互耦现象，影响天线的性能指标，例如，天线的匹配阻抗、效率、方向图以及相关系数等。因此，如何在有限的空间内设计隔离度良好的mimo天线成为了天线设计的一大挑战。

2、目前，关于mimo介质谐振器天线的解耦方法一般可分为三种类型，第一类是在天线之间引入中和线和寄生单元等，这些结构主要是通过创造新的耦合路径来抵消原始天线单元之间的耦合，从而实现去耦；第二类是直接对天线的摆放位置、馈电方式的选取以及所激发的模式进行研究，从而可以直接减少天线单元的互耦现象，例如空间布局、模式正交、极化正交和高阶模式等，这类方法不用引入额外的去耦结构就可以实现解耦，降低成本；第三类是在天线单元之间加入一些特殊的结构，例如缺陷地结构、电磁带隙结构或引入超材料等，该方法可以有效抑制天线之间的电场或电流，以实现去耦的目的。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种四端口介质谐振器天线，该天线将四个端口集成于一个介质谐振器天线、尺寸小、结构简单，且具有良好的去耦效果，可广泛应用于天线技术领域。

2、本发明按以下技术方案实现：

3、一种四端口介质谐振器天线，包括：

4、介质基板，其上表面设有金属接地面；

5、辐射单元，位于所述介质基板的中心，且底面与所述金属接地面连接；

6、馈电单元，由位于所述金属接地面上的两个共面波导馈电和位于所述辐射单元上的两个探针馈电组成，

7、去耦单元，由蚀刻在金属接地面上的u型槽和两个缝隙组成。

8、在一些实施例中，所述辐射单元为一个圆柱形介质谐振器。

9、在一些实施例中，所述圆柱形介质谐振器的径向周面上设有两个关于y轴镜像对称的金属贴片，所述金属贴片与圆柱形介质谐振器的径向周面重合，且金属贴片的高度与圆柱形介质谐振器的高度一致，两个金属贴片的距离为圆柱形介质谐振器的直径距离；两个金属贴片使馈电与圆柱形介质谐振器实现强耦合。

10、在一些实施例中，两个共面波导馈电位于圆柱形介质谐振器的两侧，且关于y轴镜像对称，共面波导馈电的一条短边与金属接地面的边沿重合，共面波导馈电的另一条短边与相应的金属贴片的底部短边连接；两个共面波导馈电为从馈电端口向金属接地面上的缝隙馈送信号，从而激励圆柱形介质谐振器。

11、在一些实施例中，两个探针馈电关于x轴镜像对称并平行于金属接地面插入圆柱形介质谐振器中，用于直接激发圆柱形介质谐振器；两个探针馈电的水平中心线经过圆柱形介质谐振器的中心。

12、在一些实施例中，所述两个缝隙以相平行于共面波导馈电的方式布置在所述辐射单元的两侧，所述两个缝隙的宽度不同，且长度相同。

13、在一些实施例中，宽度窄的缝隙的外侧长边缘距离与之相平行且相近的金属接地面的边缘之间的距离大于宽度宽的缝隙的外侧长边缘距离与之相平行且相近的金属接地面的边缘之间的距离。

14、在一些实施例中，所述u型槽位于宽度窄的缝隙那一侧的金属接地面上，u型槽的两个自由端分别与相应的共面波导馈电相连；宽度窄的缝隙位于u型槽中，且两者之间不连接；u型槽和两个缝隙为调节端口之间的互耦现象以及端口的阻抗匹配。

15、在一些实施例中，所述u型槽关于所述辐射单元的中心线对称布置。

16、在一些实施例中，所述介质基板采用相对介电常数为4.4，损耗角正切为0.02的fr4材料；所述辐射单元为相对介电常数为9.8的氧化铝材料。

17、本发明有益效果：

18、通过在介质谐振器周围引入两种不同的馈电结构且两两正交放置，在不额外占用设计空间的情况下实现端口之间的初步解耦。通过在金属接地面上引入合适的u型槽，进一步有效调整了端口之间的耦合场和阻抗匹配。通过在金属接地面上引入了两个缝隙，以调整天线的阻抗匹配，使不同的端口覆盖不同的频段。

19、未去耦天线的隔离度仅有7 db，而通过引入u型槽，隔离度提升到33 db；引入缝隙后天线的每个端口都得到了改善。

20、本发明提供的四端口介质谐振器天线具有小尺寸、多端口、低互耦等，具有很好的应用前景和推广价值。

技术特征：

1.一种四端口介质谐振器天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

8.根据权利要求6所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

10.根据权利要求1所述的一种四端口介质谐振器天线，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种四端口介质谐振器天线，包括介质基板、辐射单元、馈电单元和去耦单元；介质基板的上表面设有金属接地面；辐射单元位于所述介质基板的中心，且底面与所述金属接地面连接；馈电单元由位于所述金属接地面上的两个共面波导馈电和位于所述辐射单元上的两个探针馈电组成，去耦单元由蚀刻在金属接地面上的U型槽和两个缝隙组成。本发明提供的四端口介质谐振器天线具有小尺寸、多端口、低互耦等，具有很好的应用前景和推广价值。

技术研发人员：李雪萍,张学霖,董桢涌,段长骄,董晓,王永永
受保护的技术使用者：河南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15