本发明涉及无线通信天线领域，特别涉及一种差分介质谐振器天线及设计方法。

背景技术：

1、在无线通信系统射频前端中，平衡式微波电路和平衡馈电天线具有较强的电磁抗干扰能力，可抑制共模噪声，减小偶次谐波和二阶互调失真，并改善系统线性度和频谱纯净度。差分传输模式还能够降低电路辐射和通道串扰，减小地电位扰动造成的信号失真，提高射频前端的稳定性和功率承载能力。对于天线而言，差分馈电有利于激励对称谐振模式，使辐射方向图更加规整，并有助于降低交叉极化和避免波束偏移。

2、然而，在普遍采用单端口接口的射频前端中，若要获得差分天线的上述优点，通常需要额外设置巴伦或平衡馈电网络，将单端信号转换为差分信号。外置巴伦或独立平衡馈电网络会增加传输路径和插入损耗，占用电路面积，并且使天线辐射体与馈电网络之间的连接和装配更加复杂。传统差分介质谐振器天线通常将巴伦馈电网络与介质谐振器辐射体分开设计，导致器件集成度不足，不利于小型化射频前端。

3、另一方面，常规微波巴伦多基于平面微带、多层基板或屏蔽腔体结构实现，其尺寸受传输线有效波长影响，电磁场约束和机械保护往往依赖额外屏蔽或封装结构。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有差分介质谐振器天线需要外置巴伦或额外平衡馈电网络、器件尺寸和传输损耗较大、馈电网络与辐射器集成度不足等问题，本发明提出一种巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，该天线将单端巴伦馈电网络嵌设于高介电常数介质块内部，并复用该介质块作为介质谐振器辐射体，实现单端输入、内嵌差分转换、双模辐射和低交叉极化。本发明的另一目的是提供一种巴伦内嵌式差分介质谐振器天线的设计方法。

2、技术方案：一种巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，包括承载基板、设置在所述承载基板上的接地板、设置在所述接地板上的高介电常数介质块、内嵌于所述高介电常数介质块内部的巴伦馈电网络，以及两个金属馈电贴片；

3、所述高介电常数介质块作为介质谐振器；所述巴伦馈电网络包括两条输出支路，所述两条输出支路分别连接至设置在所述高介电常数介质块相对两侧的两个金属馈电贴片；所述巴伦馈电网络通过单端输入端口接收单端射频信号，经所述巴伦馈电网络转换为差分信号，并由所述两个金属馈电贴片差分激励所述高介电常数介质块产生辐射。

4、进一步的，所述高介电常数介质块包括相互键合的第一介质块和第二介质块，所述巴伦馈电网络的金属电路设置在所述第一介质块与所述第二介质块之间的键合界面处。

5、进一步的，所述键合界面处设置有介质胶层，所述介质胶层用于连接所述第一介质块和所述第二介质块，并与所述高介电常数介质块共同形成所述巴伦馈电网络的介质加载环境。

6、进一步的，所述巴伦馈电网络包括二分之一波长输入条带谐振器、两个四分之一波长输出条带谐振器以及设置在所述二分之一波长输入条带谐振器与所述四分之一波长输出条带谐振器之间的两个e形耦合谐振器；所述二分之一波长输入条带谐振器与所述单端输入端口连接或耦合。

7、进一步的，所述单端输入端口设置在所述接地板或承载基板的一侧；所述单端输入端口通过金属化盲孔与所述二分之一波长输入条带谐振器连接；所述两个四分之一波长输出条带谐振器分别与所述两个金属馈电贴片直接连接。

8、进一步的，所述巴伦馈电网络取消独立的平衡输出端口，所述两个四分之一波长输出条带谐振器直接作为所述介质谐振器的差分馈电支路。

9、进一步的，所述高介电常数介质块的相对介电常数为30至45，优选为38；所述高介电常数介质块的侧壁作为所述巴伦馈电网络的电磁约束边界，并同时作为所述巴伦馈电网络的封装体和所述介质谐振器的辐射体。

10、进一步的，所述天线具有由所述高介电常数介质块产生的介质谐振器主模以及由所述巴伦馈电网络中的条带谐振器产生的条带谐振器模，所述介质谐振器主模和所述条带谐振器模共同形成双模工作频段。

11、进一步的，通过调节所述高介电常数介质块的横向尺寸调控所述介质谐振器主模的谐振频率，通过调节所述二分之一波长输入条带谐振器的长度调控所述条带谐振器模的谐振频率，并通过调节所述金属馈电贴片的位置、长度和宽度调控阻抗匹配。

12、一种巴伦内嵌式差分介质谐振器天线的设计方法，包括如下步骤：确定目标工作频段并选取高介电常数介质块；在所述高介电常数介质块内部设置单端输入的巴伦馈电网络；将所述巴伦馈电网络的两条输出支路分别连接至位于所述高介电常数介质块相对两侧的两个金属馈电贴片；调节所述高介电常数介质块的尺寸和所述巴伦馈电网络的条带长度，使所述介质谐振器主模与所述条带谐振器模共同覆盖所述目标工作频段；再调节所述金属馈电贴片的尺寸和位置以获得阻抗匹配。

13、有益效果：与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：

14、1. 同一高介电常数介质块同时作为巴伦馈电网络的介质加载体、电磁约束体、机械封装体以及天线辐射体，显著提高了射频前端器件的集成度。

15、2. 巴伦馈电网络内嵌于介质谐振器内部，单端输入信号无需经过外置巴伦或额外差分馈电网络即可转化为差分激励信号，减少连接损耗和占用面积。

16、3. 两个金属馈电贴片由内嵌巴伦输出支路直接激励，可获得对称的差分激励条件，从而实现对称辐射方向图和低交叉极化特性。

17、4. 介质谐振器主模和条带谐振器模共同形成双模工作频段，且两类谐振频率可相对独立调控，有利于拓展阻抗带宽并降低设计复杂度。

18、5. 高介电常数介质缩短等效导波波长并约束电磁场，使巴伦馈电网络小型化，同时不增加介质谐振器的外部尺寸。

技术特征：

1.一种巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，包括承载基板（110）、设置在所述承载基板（110）上的接地板（109）、设置在所述接地板（109）上的高介电常数介质块（101）、内嵌于所述高介电常数介质块（101）内部的巴伦馈电网络（108），以及两个金属馈电贴片（107）；

2.根据权利要求1所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，所述高介电常数介质块（101）包括相互键合的第一介质块（101a）和第二介质块（101b），所述巴伦馈电网络（108）的金属电路设置在所述第一介质块（101a）与所述第二介质块（101b）之间的键合界面处。

3.根据权利要求2所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，所述键合界面处设置有介质胶层（111），所述介质胶层（111）用于连接所述第一介质块（101a）和所述第二介质块（101b），并与所述高介电常数介质块（101）共同形成所述巴伦馈电网络（108）的介质加载环境。

4.根据权利要求1所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，所述巴伦馈电网络（108）包括二分之一波长输入条带谐振器（104）、两个四分之一波长输出条带谐振器（106）以及设置在所述二分之一波长输入条带谐振器（104）与所述四分之一波长输出条带谐振器（106）之间的两个e形耦合谐振器（105）；所述二分之一波长输入条带谐振器（104）与所述单端输入端口（102）连接或耦合。

5.根据权利要求4所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，所述单端输入端口（102）设置在所述接地板（109）或承载基板（110）的一侧；所述单端输入端口（102）通过金属化盲孔（103）与所述二分之一波长输入条带谐振器（104）连接；所述两个四分之一波长输出条带谐振器（106）分别与所述两个金属馈电贴片（107）直接连接。

6.根据权利要求4或5所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，所述巴伦馈电网络（108）取消独立的平衡输出端口，所述两个四分之一波长输出条带谐振器（106）直接作为所述介质谐振器的差分馈电支路。

7.根据权利要求1所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，所述高介电常数介质块（101）的相对介电常数为30至45，优选为38；所述高介电常数介质块（101）的侧壁作为所述巴伦馈电网络（108）的电磁约束边界，并同时作为所述巴伦馈电网络（108）的封装体和所述介质谐振器的辐射体。

8.根据权利要求1所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，所述天线具有由所述高介电常数介质块（101）产生的介质谐振器主模以及由所述巴伦馈电网络（108）中的条带谐振器产生的条带谐振器模，所述介质谐振器主模和所述条带谐振器模共同形成双模工作频段。

9.根据权利要求8所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线，其特征在于，通过调节所述高介电常数介质块（101）的横向尺寸调控所述介质谐振器主模的谐振频率，通过调节所述二分之一波长输入条带谐振器（104）的长度调控所述条带谐振器模的谐振频率，并通过调节所述金属馈电贴片（107）的位置、长度和宽度调控阻抗匹配。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的巴伦内嵌式差分介质谐振器天线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：确定目标工作频段并选取高介电常数介质块（101）；在所述高介电常数介质块（101）内部设置单端输入的巴伦馈电网络（108）；将所述巴伦馈电网络（108）的两条输出支路分别连接至位于所述高介电常数介质块（101）相对两侧的两个金属馈电贴片（107）；调节所述高介电常数介质块（101）的尺寸和所述巴伦馈电网络（108）的条带长度，使所述介质谐振器主模（114）与所述条带谐振器模（115）共同覆盖所述目标工作频段；再调节所述金属馈电贴片（107）的尺寸和位置以获得阻抗匹配。

技术总结
本发明公开了一种巴伦内嵌式差分介质谐振器天线及设计方法，天线包括承载基板、接地板、高介电常数介质块、嵌设于高介电常数介质块内部的巴伦馈电网络以及设置在高介电常数介质块相对两侧的金属馈电贴片。高介电常数介质块作为介质谐振器，巴伦馈电网络的单端输入端接收单端射频信号，两条输出支路分别与两个金属馈电贴片连接，将单端射频信号转换为相位相反的差分信号并差分激励所述介质谐振器产生辐射。高介电常数介质块同时作为巴伦馈电网络的介质加载体、电磁约束体和机械封装体，并作为天线的辐射单元。该天线无需外置巴伦或额外平衡馈电网络即可实现单端输入、差分辐射、双模工作频段、对称辐射方向图和低交叉极化。
技术研发人员：唐慧,沈鼎文
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：
技术公布日：2026/9/4