一種工作在諧振TE^x_δ01模式下的介質諧振天線的製作方法

2023-12-01 17:32:26

專利名稱：一種工作在諧振TExδ01模式下的介質諧振天線的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種包含兩個末端金屬短路片和T型饋電電極的矩形介質諧振天線， 該天線工作在諧振模式TExstll下，具有較高的口徑輻射效率。
背景技術：
在過去，由於介質被看作絕緣體，無法應用於天線設計。但最近的研究表明只要 它們被恰當地激勵，就可以實現高效輻射。在許多無線通信和傳感應用中，介質天線正逐步 取代傳統的金屬天線。介質天線擁有很多的優點，例如尺寸小、輻射效率高以及便於調節 匹配。同頻段內，介質天線尺寸僅是導體天線的l/i。對於常用的材料，介電常數一般在 35-100之間，這就意味著介質天線尺寸將僅是類似傳統天線的1/10-1/6。同時，介質天線 使用介質輻射，減小金屬損耗，可以實現高效率輻射。這一點對毫米波頻段天線設計至關重 要。介質天線常見的基本結構有矩形、圓柱和半球形。矩形介質諧振天線與其它形狀 相比有更多的優勢。例如，長寬高三個尺寸提供兩個自由度，比圓柱多一個，比半球多兩個， 使其成為變化最多樣的基本結構。同時在實際操作中，矩形結構也最容易加工、組裝。因此， 我們選擇矩形介質諧振天線作為研究對象。在介質諧振天線中可以激勵出許多不同模式，產生不同的天線特性和輻射方向 圖。根據金屬波導、金屬諧振腔的相關知識，分析矩形介質天線的諧振模式。由分析結果 可知置於地板上的矩形介質諧振天線可以支持TEX，1『或1^模式，輻射方向圖類似1_， y-和ζ-方向的磁偶極子。目前，矩形諧振天線的最低模式分別是TExsil，TEy5ll和TEzlis。 若同時激勵兩個或更多的模式，可以使工作頻帶進一步展寬。因此，如何激勵並有效利用其 它天線模式，使其具有更加優良的特性是介質諧振天線研究的重要問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種工作在諧振模式TExstll下的介質諧振天線的結構設計。 該天線包括由陶瓷粉末燒結的矩形介質單元，兩個末端金屬短路片，T型饋電電極以及金屬 地。採用新型的介質諧振單元，激勵起TExstll模式。這是該模式首次應用於天線設計。本發明的特徵在於，含有矩形介質單元1、金屬地4以及都沿著所述矩形長度方向 兩側間的底部和所述金屬地4之間垂直固定布置的兩個末端金屬短路片31、32和T型饋電 電極2，其中矩形介質單元1，是所述介質諧振天線的主輻射單元；T型饋電電極2，位於偏離所述矩形長度方向的垂直中心線處；兩個末端金屬短路片31、32，其中第一末端金屬短路片31位於偏離所述T型饋電 電極2處，第二末端金屬短路片32位於靠近所述T型饋電電極2處。所述的一種工作在諧振模式TExstll下的介質諧振天線，其特徵在於所述矩形介 質單元1由陶瓷粉末燒結製成。
所述的一種工作在諧振模式TExstll下的介質諧振天線，其特徵在於所述第一個 末端金屬短路片31呈矩形，第二個末端金屬短路片32呈T形，T型水平分支的厚度與所述 矩形介質單元1的厚度相同。根據本發明的一種工作在諧振模式TExstll下的在介質諧振天線，介質單元採用矩 形結構，設計靈活且便於生產組裝。同時，在所述介質諧振天線中有效激勵起TExstll模式， 該模式電場在整個輻射口面上均勻分布，使所述介質諧振天線具有較高口徑輻射效率。


圖1為本發明提供的一種工作在諧振模式TExstll下的介質諧振天線三維圖，矩形 部分是介質單元，其它部分是金屬。圖2為圖1的A向視圖。圖3為圖1的B向視圖。圖4為圖1的C向視圖。圖5為圖1的D向視圖。圖6為圖1的A向視圖結構的實施實例尺寸圖，單位均為毫米(mm)。圖7為圖1的B向視圖結構的實施實例尺寸圖，單位均為毫米(mm)。圖8為圖1的C向視圖結構的實施實例尺寸圖，單位均為毫米(mm)。圖9為圖1的D向視圖結構的實施實例尺寸圖，單位均為毫米(mm)。圖10為圖6-圖9的實施實例介質諧振天線的電場分布圖，箭頭表示電場方向，線 條的粗細表示電場強度。圖11為圖6-圖9的實施實例介質諧振天線的回波損耗(Sll)圖線一。一仿真 Sll ；一β一實測 Sll圖12為圖6-圖9的實施實例的介質諧振天線工作在3. 5GHz時的E面歸一化方
向圖―1 —共面極化仿真結果；_1__共面極化實測結果----交叉極化仿真結果；
_4一交叉極化實測結果。圖13為圖6-圖9的實施實例的介質諧振天線工作在3. 5GHz時的H面歸一化方
向圖—共面極化仿真結果；_>—共面極化實測結果----交叉極化仿真結果；
—交叉極化實測結果。
具體實施例方式本發明的目的是提供一種工作在諧振模式TExstll下的介質諧振天線，具體實施方 案包括矩形介質單元1，由陶瓷粉末燒結製成，作為天線的主輻射單元；T型饋電電極2偏離介質單元長度方向的垂直中心線處放置，以便提供合適的阻 抗匹配；兩個末端金屬短路片31、32，置於所述介質單元1的兩個末端，連接介質單元1和 金屬地4作為介質單元的支撐結構，使介質單元與金屬地之間保持一定的距離；金屬地4 ；本發明的技術方案是這樣實現的採用偏離介質單元1長度方向垂直中心線放置的T型饋電電極2，向介質單元1饋電。同時，在介質單元1的兩個末端端面分別添加金屬 短路片31、32與金屬地4相連。金屬短路片31、32的加入，使得矩形介質單元1可以工作 在諧振TExstll模式。所述介質諧振天線的電場分布如圖10所示電場沿χ軸似均勻分布； 沿y軸均勻分布；在ζ軸方向隨著高度的減小，電場強度減小，到達金屬地4時水平電場消 失。在滿足邊界約束條件的情況下，電場分布構成諧振TExstll模式。同時，所述介質諧振天 線的工作頻率僅由介質單元1的高度以及與金屬地4的距離共同決定，與介質單元1的長 度與寬度無關。以圖6-圖9所示尺寸製作的介質諧振天線的回波損耗(Sll)仿真與實測結果如 圖11所示。測量的阻抗帶寬(Sll彡-IOdB)為3. 465GHz到3. 550GHz,中心頻率3. 505GHz ； 仿真結果的中心諧振頻率為3. 5 GHz，帶寬85MHz。仿真結果與實測結果吻合良好。以圖6-圖9所示尺寸製作的介質諧振天線的歸一化方向圖如圖12和13所示。E 面歸一化方向圖如圖12所示，測量的交叉極化隔離度大於20dB，驗證了電場主要沿y軸分 布；H面歸一化方向圖如圖13所示，在主輻射方向上，測量的交叉極化隔離度約20dB。仿真 與實測的方向圖吻合良好，說明諧振TExstll模式已經在所設計的結構中實現。電場在天線的主輻射口徑xoy平面上均勻分布。因此，天線可以提供較高的口徑 輻射效率。仿真的增益最大值出現在θ =0°點處為5.72dB。
權利要求
一種工作在諧振TExδ01模式下的介質諧振天線，其特徵在於含有矩形介質單元(1)、金屬地(4)以及都沿著所述矩形長度方向兩側間的底部和所述金屬地(4)之間垂直固定布置的兩個末端金屬短路片(31，32)和T型饋電電極(2)，其中矩形介質單元(1)是所述介質諧振天線的主輻射單元；T型饋電電極(2)位於偏離所述矩形長度方向的垂直中心線處；兩個末端金屬短路片(31、32)，其中第一個末端金屬短路片(31)位於偏離所述T型饋電電極(2)處，第二個末端金屬短路片(32)位於靠近所述T型饋電電極(2)處。
2.根據權利要求1所述的一種工作在諧振1^8(11模式下的介質諧振天線，其特徵在於 所述矩形介質單元(1)由陶瓷粉末燒結製成。
3.根據權利要求1所述的一種工作在諧振1^8(11模式下的介質諧振天線，其特徵在於 所述第一個末端金屬短路片(31)呈矩形，第二個末端金屬短路片(32)呈T形，T型水平分 支的厚度與所述矩形介質單元(1)的厚度相同。
全文摘要
一種工作在諧振TExδ01模式下的介質諧振天線，屬於天線技術領域，其特徵在於含有矩形介質單元1、金屬地4以及都沿著所述矩形長度方向兩側間的底部和所述金屬地4之間垂直布置的T型饋電電極2和兩個末端短路金屬片31、32，其中T型饋電電極2位於偏離所述矩形長度方向的垂直中心線處，兩個末端短路金屬片分別固定在所述矩形長度方向的兩側，其中第一個末端金屬短路片31呈矩形，位於偏離T型饋電電極2處；第二個末端金屬片呈T形，位於靠近T型饋電電極2處。本發明便於生產和安裝。諧振TExδ01模式的電場在整個輻射口面上均勻分布，具有較高口徑輻射效率。
文檔編號H01Q1/36GK101807745SQ20101013748
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者馮正和, 張志軍, 陳文華, 高揚 申請人:清華大學