專利名稱:一種工作在諧振TE<sup>x</sup><sub>δ01</sub>模式下的介質(zhì)諧振天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)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(zhì)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(shù):
在過去,由于介質(zhì)被看作絕緣體,無法應(yīng)用于天線設(shè)計。但最近的研究表明只要 它們被恰當(dāng)?shù)丶?,就可以實現(xiàn)高效輻射。在許多無線通信和傳感應(yīng)用中,介質(zhì)天線正逐步 取代傳統(tǒng)的金屬天線。介質(zhì)天線擁有很多的優(yōu)點,例如尺寸小、輻射效率高以及便于調(diào)節(jié) 匹配。同頻段內(nèi),介質(zhì)天線尺寸僅是導(dǎo)體天線的l/i。對于常用的材料,介電常數(shù)一般在 35-100之間,這就意味著介質(zhì)天線尺寸將僅是類似傳統(tǒng)天線的1/10-1/6。同時,介質(zhì)天線 使用介質(zhì)輻射,減小金屬損耗,可以實現(xiàn)高效率輻射。這一點對毫米波頻段天線設(shè)計至關(guān)重 要。介質(zhì)天線常見的基本結(jié)構(gòu)有矩形、圓柱和半球形。矩形介質(zhì)諧振天線與其它形狀 相比有更多的優(yōu)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(jié)構(gòu)。同時在實際操作中,矩形結(jié)構(gòu)也最容易加工、組裝。因此, 我們選擇矩形介質(zhì)諧振天線作為研究對象。在介質(zhì)諧振天線中可以激勵出許多不同模式,產(chǎn)生不同的天線特性和輻射方向 圖。根據(jù)金屬波導(dǎo)、金屬諧振腔的相關(guān)知識,分析矩形介質(zhì)天線的諧振模式。由分析結(jié)果 可知置于地板上的矩形介質(zhì)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(jìn)一步展寬。因此,如何激勵并有效利用其 它天線模式,使其具有更加優(yōu)良的特性是介質(zhì)諧振天線研究的重要問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工作在諧振模式TExstll下的介質(zhì)諧振天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 該天線包括由陶瓷粉末燒結(jié)的矩形介質(zhì)單元,兩個末端金屬短路片,T型饋電電極以及金屬 地。采用新型的介質(zhì)諧振單元,激勵起TExstll模式。這是該模式首次應(yīng)用于天線設(shè)計。本發(fā)明的特征在于,含有矩形介質(zhì)單元1、金屬地4以及都沿著所述矩形長度方向 兩側(cè)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(zhì)單元1,是所述介質(zhì)諧振天線的主輻射單元;T型饋電電極2,位于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位于偏離所述T型饋電 電極2處,第二末端金屬短路片32位于靠近所述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(zhì)諧振天線,其特征在于所述矩形介 質(zhì)單元1由陶瓷粉末燒結(jié)制成。
所述的一種工作在諧振模式TExstll下的介質(zhì)諧振天線,其特征在于所述第一個 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(zhì)單元1的厚度相同。根據(jù)本發(fā)明的一種工作在諧振模式TExstll下的在介質(zhì)諧振天線,介質(zhì)單元采用矩 形結(jié)構(gòu),設(shè)計靈活且便于生產(chǎn)組裝。同時,在所述介質(zhì)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(zhì)諧振天線具有較高口徑輻射效率。
圖1為本發(fā)明提供的一種工作在諧振模式TExstll下的介質(zhì)諧振天線三維圖,矩形 部分是介質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)諧振天線的電場分布圖,箭頭表示電場方向,線 條的粗細(xì)表示電場強(qiáng)度。圖11為圖6-圖9的實施實例介質(zhì)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(zhì)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(jié)果;_1__共面極化實測結(jié)果----交叉極化仿真結(jié)果;
_4一交叉極化實測結(jié)果。圖13為圖6-圖9的實施實例的介質(zhì)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(jié)果;_>—共面極化實測結(jié)果----交叉極化仿真結(jié)果;
—交叉極化實測結(jié)果。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是提供一種工作在諧振模式TExstll下的介質(zhì)諧振天線,具體實施方 案包括矩形介質(zhì)單元1,由陶瓷粉末燒結(jié)制成,作為天線的主輻射單元;T型饋電電極2偏離介質(zhì)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,置于所述介質(zhì)單元1的兩個末端,連接介質(zhì)單元1和 金屬地4作為介質(zhì)單元的支撐結(jié)構(gòu),使介質(zhì)單元與金屬地之間保持一定的距離;金屬地4 ;本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的采用偏離介質(zhì)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(zhì)單元1饋電。同時,在介質(zhì)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(zhì)單元1可以工作 在諧振TExstll模式。所述介質(zhì)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(qiáng)度減小,到達(dá)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(gòu)成諧振TExstll模式。同時,所述介質(zhì)諧振天 線的工作頻率僅由介質(zhì)單元1的高度以及與金屬地4的距離共同決定,與介質(zhì)單元1的長 度與寬度無關(guān)。以圖6-圖9所示尺寸制作的介質(zhì)諧振天線的回波損耗(Sll)仿真與實測結(jié)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(jié)果的中心諧振頻率為3. 5 GHz,帶寬85MHz。仿真結(jié)果與實測結(jié)果吻合良好。以圖6-圖9所示尺寸制作的介質(zhì)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于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(jīng)在所設(shè)計的結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。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(xiàn)在θ =0°點處為5.72dB。
權(quán)利要求
一種工作在諧振TExδ01模式下的介質(zhì)諧振天線,其特征在于含有矩形介質(zhì)單元(1)、金屬地(4)以及都沿著所述矩形長度方向兩側(cè)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(zhì)單元(1)是所述介質(zhì)諧振天線的主輻射單元;T型饋電電極(2)位于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)位于偏離所述T型饋電電極(2)處,第二個末端金屬短路片(32)位于靠近所述T型饋電電極(2)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作在諧振1^8(11模式下的介質(zhì)諧振天線,其特征在于 所述矩形介質(zhì)單元(1)由陶瓷粉末燒結(jié)制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工作在諧振1^8(11模式下的介質(zhì)諧振天線,其特征在于 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(zhì)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(zhì)諧振天線,屬于天線技術(shù)領(lǐng)域,其特征在于含有矩形介質(zhì)單元1、金屬地4以及都沿著所述矩形長度方向兩側(cè)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位于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(cè),其中第一個末端金屬短路片31呈矩形,位于偏離T型饋電電極2處;第二個末端金屬片呈T形,位于靠近T型饋電電極2處。本發(fā)明便于生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2010年3月29日
發(fā)明者馮正和, 張志軍, 陳文華, 高揚(yáng) 申請人:清華大學(xué)