本發(fā)明涉及天線，具體涉及一種寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線。

背景技術：

1、自21世紀以來，隨著無線通信技術的迅猛發(fā)展和數(shù)據(jù)處理需求的急劇增長，通信系統(tǒng)正逐步向使用更高頻段、更寬頻譜、更穩(wěn)定可靠、且更易于集成的天線解決方案轉型。這一趨勢旨在滿足現(xiàn)代社會對高速、大容量、低延遲通信的日益增長的需求。

2、為了應對現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的多重挑戰(zhàn)，寬帶圓極化天線憑借其強大的抗多徑干擾能力、避免極化失配損耗以及支持多頻段通信的優(yōu)勢，在衛(wèi)星通信、導航系統(tǒng)和移動通信等領域得到了廣泛應用，并推動了其迅速發(fā)展。

3、然而，傳統(tǒng)的金屬貼片寬帶圓極化天線在高頻段下由于金屬損耗的增加，性能受到限制。相比之下，介質諧振器天線(dielectric?resonator?antenna,dra)作為一種新興的天線技術，因其具有極低的導體損耗和抑制表面波的特性，展現(xiàn)出優(yōu)異的高頻性能，因此成為當前研究的重點并逐漸獲得廣泛認可。2020年，liu等人通過順序饋電網(wǎng)絡提供等幅且正交的相位信號，并利用耦合縫隙為圓柱形dra饋電，成功實現(xiàn)了52％的阻抗帶寬，但引入了復雜的饋電結構，增加了設計和制造的難度。2022年，tong等人提出了一種通過在特定位置添加高介電常數(shù)batio3顆粒的方法，在不增加介質諧振器體積的情況下，將第三高階模式引入帶內，從而實現(xiàn)了25.4％的軸比帶寬與阻抗帶寬的重疊。然而，這一方法的工藝流程較為復雜。2023年，chen等人通過在dra內部插入分布式貼片，激發(fā)了貼片模式，實現(xiàn)了38.9％的阻抗帶寬。然而，其0.14波長的剖面高度限制了天線的小型化優(yōu)勢。

4、綜合來看，盡管寬帶圓極化介質諧振器天線在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中顯示出廣泛的應用前景，尤其是在應對高頻段、大帶寬和低損耗等方面具有顯著優(yōu)勢，但仍然存在諸多問題亟待解決。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中存在的技術問題之一。

2、本發(fā)明的目的在于提供一種寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，避免應用復雜的饋電網(wǎng)絡的同時，有效拓展頻帶寬度，提高增益和效率。

3、為了達到上述的目的，本發(fā)明提供一種寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，包括：

4、具有微帶縫隙耦合饋電單元的第一介質基板；

5、以及布置在第一介質基板上的介質諧振器，所述介質諧振器的四角分別有一角塊，且各角塊以介質諧振器的中心為對稱中心，中心對稱設置；

6、所述介質諧振器的角塊上均設置有第二介質基板，每個所述第二介質基板與所述介質諧振器之間設置有寄生金屬條帶；所述寄生金屬條帶印在所述第二介質基板面向所述介質諧振器的一側表面上。

7、本發(fā)明進一步優(yōu)選地技術方案為，所述微帶縫隙耦合饋電單元，包括：

8、刻印在所述第一介質基板面向所述介質諧振器的一側表面上的金屬接地板；以及貼合在所述第一介質基板背向所述介質諧振器的一側表面上的饋電微帶線；

9、所述金屬接地板上刻蝕有垂直交叉空氣縫隙，所述介質諧振器位于該垂直交叉空氣縫隙的上方。

10、作為優(yōu)選，所述垂直交叉空氣縫隙為一條長16.8mm、寬1mm和一條長9.576mm、寬1mm的縫隙垂直連接組成，所述垂直交叉空氣縫隙位于介質諧振器的正下方處，且在第一介質基板的正中心。

11、作為優(yōu)選，所述饋電微帶線為具有匹配功能的兩段相連的銅貼片，一條長25mm、寬2.3mm，另一條長10mm、寬1.6mm。

12、作為優(yōu)選，所述所述寄生金屬條帶、金屬接地板和饋電微帶線的厚度均為0.035mm。

13、作為優(yōu)選，所述介質諧振器為長方體結構，四個角塊與介質諧振器以部分重疊的方式組合形成一體式結構。

14、作為優(yōu)選，所述介質諧振器與其四角的角塊采用純度99％氧化鋁制成，介質諧振器的相對介電常數(shù)為9.5、損耗角正切為0.003、密度為3.9g/cm3。

15、作為優(yōu)選，所述介質諧振器為長25.4mm、寬25.4mm、高6.35mm的長方體，四個角塊為長10.6mm、寬10mm，高6.35mm的長方體，介質諧振器與角塊的重疊部分為長3.7mm、寬3.7mm、高6.35mm的長方體。

16、作為優(yōu)選，所述寄生金屬條帶為四條各間隔0.56mm布置的銅片，每個銅片長8mm、寬1.05mm。

17、作為優(yōu)選，所述第一介質基板與第二介質基板均采用taconic?tly-5高頻板材制成，板材在10ghz下的相對介電常數(shù)為2.2、損耗角正切值為0.0009，厚度均為0.762mm。

18、有益效果：本發(fā)明提供了一種寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線的設計方法，該設計通過寄生金屬條帶和選取沒有表面損耗的氧化鋁陶瓷材料和諧振器結構，顯著提升了增益，降低了天線的剖面高度，提高了天線輻射效率。

19、本發(fā)明通過饋電耦合縫隙模式和介質諧振器的基礎模式和第三高階模式的巧妙結合，避免了應用復雜的饋電網(wǎng)絡，實現(xiàn)了更簡潔的設計，有效拓寬了阻抗和軸比帶寬。

20、本發(fā)明具有設計新穎、寬頻帶、低剖面、高增益等優(yōu)點，在以上創(chuàng)新設計和保持高性能的同時，簡化了制作工藝，僅需層疊結構連接，最終實現(xiàn)提升阻抗帶寬30.4％

21、(4.27～5.80ghz)，軸比帶寬31.2％(4.14～5.67ghz)，增益在(5.5～7.9dbi)之間，效率最高可達98.1％，為寬帶通信系統(tǒng)中的應用提供了更具競爭力的解決方案。

技術特征：

1.一種寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述微帶縫隙耦合饋電單元，包括：

3.根據(jù)權利要求2所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述垂直交叉空氣縫隙為一條長16.8mm、寬1mm和一條長9.576mm、寬1mm的縫隙垂直連接組成，所述垂直交叉空氣縫隙位于介質諧振器的正下方處，且在第一介質基板的正中心。

4.根據(jù)權利要求2所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述饋電微帶線為具有匹配功能的兩段相連的銅貼片，一條長25mm、寬2.3mm，另一條長10mm、寬1.6mm。

5.根據(jù)權利要求4所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述所述寄生金屬條帶、金屬接地板和饋電微帶線的厚度均為0.035mm。

6.根據(jù)權利要求1所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述介質諧振器為長方體結構，四個角塊與介質諧振器以部分重疊的方式組合形成一體式結構。

7.根據(jù)權利要求6所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述介質諧振器與其四角的角塊采用純度99％氧化鋁制成，介質諧振器的相對介電常數(shù)為9.5、損耗角正切為0.003、密度為3.9g/cm3。

8.根據(jù)權利要求6所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述介質諧振器為長25.4mm、寬25.4mm、高6.35mm的長方體，四個角塊為長10.6mm、寬10mm，高6.35mm的長方體，介質諧振器與角塊的重疊部分為長3.7mm、寬3.7mm、高6.35mm的長方體。

9.根據(jù)權利要求1所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述寄生金屬條帶為四條各間隔0.56mm布置的銅片，每個銅片長8mm、寬1.05mm。

10.根據(jù)權利要求1～9任意一項所述的寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，其特征在于，所述第一介質基板與第二介質基板均采用taconic?tly-5高頻板材制成，板材在10ghz下的相對介電常數(shù)為2.2、損耗角正切值為0.0009，厚度均為0.762mm。

技術總結
本發(fā)明公開一種寬頻帶低剖面圓極化介質諧振器天線，包括：具有微帶縫隙耦合饋電單元的第一介質基板；以及布置在第一介質基板上的介質諧振器，所述介質諧振器的四角分別有一角塊，且各角塊以介質諧振器的中心為對稱中心，中心對稱設置；所述介質諧振器的角塊上均設置有第二介質基板，每個所述第二介質基板與所述介質諧振器之間設置有寄生金屬條帶。本發(fā)明通過饋電耦合縫隙模式和介質諧振器的基礎模式和第三高階模式組合，有效拓寬了阻抗和軸比帶寬。并通過寄生金屬條帶和選取沒有表面損耗的氧化鋁陶瓷材料和諧振器結構，顯著提升了增益，降低了天線的剖面高度，提高了天線輻射效率。

技術研發(fā)人員：張國旗,曹赟,章海鋒
受保護的技術使用者：南京郵電大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26