一種適用于x波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線，屬于天線領(lǐng)域。包括正面覆蓋有一層金屬貼片的介質(zhì)基板、設(shè)于金屬貼片上的矩形介質(zhì)諧振器以及設(shè)于介質(zhì)基板背面的L形饋電微帶線。通過(guò)在矩形介質(zhì)諧振器底部四個(gè)角挖掉四個(gè)相同尺寸的矩形介質(zhì)塊，同時(shí)采用十字形耦合縫隙和L形微帶線饋電，實(shí)現(xiàn)其寬帶特性。該天線具有寬頻帶、低剖面、易于加工、工作頻帶內(nèi)方向圖穩(wěn)定性高及波束寬度寬等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于天線領(lǐng)域，具體涉及一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線。該天線具有很寬的阻抗帶寬和軸比帶寬。
【背景技術(shù)】
[0002]自從介質(zhì)諧振器被提出用于輻射單元以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)介質(zhì)諧振天線的研究受到了廣泛的關(guān)注。因?yàn)榻橘|(zhì)諧振天線具有體積小、重量輕、損耗低、易于激勵(lì)、無(wú)表面波激勵(lì)等優(yōu)點(diǎn)，所以具有非常高的實(shí)用價(jià)值。通常情況下，介質(zhì)諧振天線的圓極化帶寬非常窄，只有6%左右。隨著無(wú)線通信對(duì)帶寬，通信速率要求的逐步提高，研究具有寬帶圓極化特性的介質(zhì)諧振天線，對(duì)無(wú)線通信的發(fā)展具有非常實(shí)際的意義。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于寬帶圓極化介質(zhì)諧振天線的研究取得了一些有意義的成果。通常有兩種方法利用介質(zhì)諧振器天線實(shí)現(xiàn)圓極化，一是采用單饋電技術(shù)，二是采用饋電網(wǎng)絡(luò)組成的雙饋電技術(shù)。在《IEEE Transact1ns On Antennas And Propagat1n》1999年第47卷7期論文 “Cross-Slot-Coupled Microstrip Antenna and Dielectric ResonatorAntenna for Circular Polarizat1n”中采用了非等長(zhǎng)的交叉縫隙通過(guò)微帶線饋電實(shí)現(xiàn)圓極化，該結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但其軸比帶寬只有3.91%。在《IEEE Microwave And WirelessComponents Letters》2006年第 16卷8期論文“Offset Cross-Slot-Coupled DielectricResonator Antenna for Circular Polarizat1n”中，同樣米用了非等長(zhǎng)的交叉縫隙通過(guò)微帶線偏饋實(shí)現(xiàn)圓極化，該方式對(duì)圓極化帶寬有所提高，達(dá)到6.3%，但其軸比帶寬仍比較窄。在《Microwave and Optical Technology Letters》2010年第52卷 12期論文“CompactWideband Circularly Polarized Rectangular Dielectric Resonator Antenna WithDual Underlaid Hybrid Couplers”中，采用了饋電網(wǎng)絡(luò)實(shí)行雙饋電技術(shù)，介質(zhì)諧振器天線的軸比帶寬得到較大的提升，但極其復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)使天線的寬帶優(yōu)勢(shì)打了折扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線，通過(guò)在矩形介質(zhì)諧振器底部四個(gè)角挖掉四個(gè)相同尺寸的矩形介質(zhì)塊，同時(shí)采用十字形耦合縫隙和L形微帶線饋電，以實(shí)現(xiàn)其寬帶特性。該天線具有寬頻帶、低剖面、易于加工、工作頻帶內(nèi)方向圖穩(wěn)定性高及波束寬度寬等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]—種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線，包括正面覆蓋有一層金屬貼片的介質(zhì)基板、設(shè)于金屬貼片上的矩形介質(zhì)諧振器以及設(shè)于介質(zhì)基板背面的L形饋電微帶線，其特征在于:介質(zhì)諧振器底部的四個(gè)角挖有四個(gè)尺寸相同的矩形缺口；
[0007]所述金屬貼片中心刻蝕有十字形耦合縫隙，其邊與介質(zhì)諧振器相對(duì)應(yīng)的邊平行；
[0008]所述的L形饋電微帶線與十字形縫隙的幾何中心偏離，其饋電端口位于介質(zhì)基板的邊沿，并且經(jīng)過(guò)十字形縫隙的一條縫隙到達(dá)另一條縫隙的路徑長(zhǎng)度滿足使十字形縫隙的兩個(gè)耦合枝節(jié)產(chǎn)生90度相位差的長(zhǎng)度。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0010](I)介質(zhì)諧振器底部通過(guò)四個(gè)矩形缺口所形成的十字形結(jié)構(gòu)與耦合縫隙的十字形結(jié)構(gòu)相重合，耦合到諧振器的能量更加集中，耦合的電場(chǎng)在物理上形成90度正交。
[0011](2)采用十字形縫隙加L形微帶線的饋電方式，極大地拓寬了天線的阻抗帶寬。
[0012](3)介質(zhì)諧振器底部的十字形結(jié)構(gòu)使圓極化正交模式更易于激勵(lì)，提高了天線的3dB軸比帶寬。
[0013](4)介質(zhì)諧振器底部的十字形結(jié)構(gòu)使電場(chǎng)更多地聚集在其邊緣，對(duì)增加天線的波束寬度有非常明顯的效果。
[0014](5)十字形縫隙通過(guò)L形微帶線饋電，除了激勵(lì)起介質(zhì)本身的基模外，還能激勵(lì)起兩個(gè)額外的模式，以增加天線的阻抗帶寬。
[0015](6)采用L形饋電微帶線在兩個(gè)縫隙處產(chǎn)生90度相位差，相較于傳統(tǒng)的通過(guò)調(diào)整縫隙長(zhǎng)度而產(chǎn)生90度相位差而言，該方案在后續(xù)的調(diào)節(jié)中具有更大的靈活性。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖；
[0017]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的回波損耗曲線圖；
[0019]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的增益曲線圖；
[0020]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的軸比帶寬圖；
[0021]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的天線四個(gè)不同頻點(diǎn)的遠(yuǎn)場(chǎng)圓極化輻射方向圖，其中圖6(a)為天線在9.3GHz的福射方向圖，圖6(b)為天線在9.6GHz的福射方向圖，圖6(c)為天線在9.9GHz的輻射方向圖，圖6(d)為天線在10.2GHz的輻射方向圖，左側(cè)為天線在xoz面的輻射方向圖，右側(cè)為天線在yoz面的輻射方向圖；圖中實(shí)線代表LHCP，虛線代表RHCP。
[0022]附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明:I介質(zhì)諧振器；2耦合縫隙；3L形饋電微帶線；4矩形缺口；5饋電端口 ；6金屬貼片;7介質(zhì)基板。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線作進(jìn)一步詳述。
[0024]如圖1、2所示，適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線包括:正面覆蓋有一層金屬貼片的正方形介質(zhì)基板、設(shè)于金屬貼片上的矩形介質(zhì)諧振器以及設(shè)于介質(zhì)基板背面的L形饋電微帶線；其中介質(zhì)基板尺寸為100mm X 100mm X0.5_，選擇的是相對(duì)介電常數(shù)為3.5，損耗角正切為0.0018的Taconic RF-35;介質(zhì)諧振器(材料)的長(zhǎng)與寬的尺寸相同，為6.8mm X 6.8mm，高度為6.2mm，選擇的是相對(duì)介電常數(shù)為9.2，損耗角正切為0.0022的RogersTMMlO，介質(zhì)諧振器底部的四個(gè)角挖有四個(gè)長(zhǎng)X寬X高均為2.1mmX 2.1mmX 1.1mm的矩形缺口。
[0025]金屬貼片中心刻蝕有十字形親合縫隙，其中Lsl長(zhǎng)度為5mm、線寬為0.9mm，Ls2長(zhǎng)度為5.1mm、線寬為0.8mm，十字形縫隙的中心對(duì)稱點(diǎn)與介質(zhì)塊的中心對(duì)稱點(diǎn)重合。
[0026]L形饋電微帶線經(jīng)過(guò)十字形縫隙的一條縫隙到達(dá)另一條縫隙的路徑長(zhǎng)度滿足介質(zhì)基板介電常數(shù)為3.5、厚度為0.5mm、中心頻率為1GHz情況下產(chǎn)生90度相位差所需的微帶線長(zhǎng)度，其中LfI長(zhǎng)度為6mm、線寬為1.1111111，1^2長(zhǎng)度為50.9111111、線寬為1.1mm，其與十字形縫隙中心點(diǎn)的距離sp2為0.95mm。
[0027]本發(fā)明通過(guò)L形饋電微帶線對(duì)天線進(jìn)行饋電，能量從饋電端口經(jīng)微帶線通過(guò)耦合縫隙耦合到介質(zhì)諧振器內(nèi)，引起介質(zhì)諧振器的諧振，從而向外輻射電磁波。
[0028]本發(fā)明通過(guò)在介質(zhì)塊底部四角挖掉四個(gè)同尺寸介質(zhì)塊來(lái)增加天線阻抗帶寬和軸比帶寬，介質(zhì)塊底部的十字形結(jié)構(gòu)及十字形耦合縫隙易于正交模式的產(chǎn)生。
[0029]圖3為本實(shí)例的阻抗帶寬仿真結(jié)果，由圖可知，天線阻抗帶寬(<-10dB)范圍為:8.9-11.6GHz，相對(duì)帶寬為:26.3%，因此，該天線具有較寬的工作帶寬。
[0030]圖4為本實(shí)例的增益仿真結(jié)果，由圖可知，天線增益保持在2.9dBi_6dBi，該天線增益范圍能保證天線正常工作。天線增益最大值為6dBi，出現(xiàn)在介質(zhì)天線尺寸對(duì)應(yīng)的諧振點(diǎn)附近。
[0031]圖5為本實(shí)例的軸比帶寬仿真結(jié)果，由圖可知，天線圓極化軸比帶寬(<3dB)范圍為:9.16-10.69GHz，相對(duì)帶寬為:15.4%，因此，該天線具有很寬的3dB軸比帶寬。
[0032]圖6為本實(shí)例天線在四個(gè)不同頻點(diǎn)的遠(yuǎn)場(chǎng)圓極化輻射方向圖，由圖可知，天線的主極化方向?yàn)?LHCP (Left-Hand Circular Polarizat1n)。在四個(gè)不同的頻點(diǎn)9.3GHz、9.6GHz、9.9GHz、10.2GHz 處，天線的主極化(LHCP)要比交叉極化(RHCP〈Right-HandCircular Polarizat1n〉)高20dB左右，具有良好的圓極化福射特性。并且在四個(gè)不同的頻點(diǎn)處，天線的波束寬度均可達(dá)到± 50°左右，且方向圖穩(wěn)定。
[0033]綜上所述，本發(fā)明天線的性能指標(biāo)均能滿足實(shí)際的使用需求，具有非常強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于X波段的寬帶寬波束圓極化介質(zhì)諧振器天線，包括正面覆蓋有一層金屬貼片的介質(zhì)基板、設(shè)于金屬貼片上的矩形介質(zhì)諧振器以及設(shè)于介質(zhì)基板背面的L形饋電微帶線，其特征在于:介質(zhì)諧振器底部的四個(gè)角挖有四個(gè)尺寸相同的矩形缺口； 所述金屬貼片中心刻蝕有十字形耦合縫隙，其邊與介質(zhì)諧振器相對(duì)應(yīng)的邊平行； 所述的L形饋電微帶線與十字形縫隙的幾何中心偏離，其饋電端口位于介質(zhì)基板的邊沿，并且經(jīng)過(guò)十字形縫隙的一條縫隙到達(dá)另一條縫隙的路徑長(zhǎng)度滿足使十字形縫隙的兩個(gè)耦合枝節(jié)產(chǎn)生90度相位差的長(zhǎng)度。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK106058447SQ201610322287
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】肖紹球, 熊義高, 張超
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)