專(zhuān)利名稱(chēng)：同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及介質(zhì)諧振天線，尤其涉及一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線。
背景技術(shù)：
由于無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)系統(tǒng)中必不可少的天線的各項(xiàng)性能的要求也 日益提高，如體積更小、帶寬更大、損耗更低等。但是天線的應(yīng)用和發(fā)展卻受到在高頻段金 屬歐姆損耗高和低頻段天線幾何尺寸大這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的限制。因此，介質(zhì)諧振天線由于 其良好的性能得到了廣泛的關(guān)注和研究。介質(zhì)諧振天線在無(wú)線通信中的應(yīng)用十分廣泛， 例如移動(dòng)終端、無(wú)線接入點(diǎn)、基站等各種通信設(shè)備和系統(tǒng)，在一些國(guó)防部感興趣的戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng) 中，比如雷達(dá)中也有廣泛應(yīng)用。介質(zhì)諧振天線是用高介電常數(shù)和低損耗的介質(zhì)材料制成的，經(jīng) 常用于屏蔽微波電路中。從上個(gè)世紀(jì)70年代起，介質(zhì)諧振器就開(kāi)始用 于屏蔽微波電路中，其一般由低損耗(tan δ =IO-4以下)、高介電常數(shù)
Sx (10-100)的材料做成。當(dāng)介質(zhì)諧振器放在自由空間中，并在一定的激勵(lì)條件下，就能制
作成高效率的介質(zhì)諧振天線。介質(zhì)諧振天線因?yàn)闆](méi)有導(dǎo)體和表面波損耗，自身介質(zhì)損耗小，并具有較低的輻射Q 因子高效的輻射效率。它與具有相同介電常數(shù)的微帶天線相比，介質(zhì)諧振天線的帶寬要寬 的多。其設(shè)計(jì)具有靈活性，如介質(zhì)諧振器的形狀可以多種多樣，如圓柱形，矩形等；有多種饋 電機(jī)制，通過(guò)改變饋電位置可控制輸入阻抗，易于匹配，且其它天線技術(shù)可以很容易地應(yīng)用 到介質(zhì)諧振天線。同時(shí)，介電常數(shù)的選擇范圍很大，允許設(shè)計(jì)者靈活控制尺寸和帶寬(低介 電常數(shù)對(duì)應(yīng)大帶寬，高介電常數(shù)對(duì)應(yīng)小尺寸)，通過(guò)選擇合適的諧振參數(shù)可以得到很寬的工 作帶寬，也可以同時(shí)具有多個(gè)頻帶。此外，相似天線之間的隔離度很好，且對(duì)附近物體引起 的失諧有較好的抵抗能力；體積小又易于集成，適用于在很小的空間內(nèi)設(shè)置多個(gè)天線的情 況。而且，介質(zhì)諧振天線對(duì)加工誤差不像微帶天線那樣敏感，特別是在頻率很高的時(shí)候。介質(zhì)諧振天線的極化方式和帶寬現(xiàn)在仍然是研究熱點(diǎn)。提高介質(zhì)諧振天線的帶寬 一直是DRA研究的一大熱點(diǎn)。DRA設(shè)計(jì)中增加帶寬的方法有很多，例如堆疊結(jié)構(gòu)、增加一個(gè) 單元、空氣縫法、負(fù)載導(dǎo)體帶片、使用特殊形狀的介質(zhì)諧振器或者更好的饋電結(jié)構(gòu)等。例如 堆疊結(jié)構(gòu)就是將兩個(gè)不同的介質(zhì)諧振器堆疊在一起，使每一個(gè)介質(zhì)諧振器在不同的頻率， 兩個(gè)諧振頻率互相接近，從而展寬天線的帶寬。在天線設(shè)計(jì)中極化特性是一個(gè)非常重要的 考慮因素。在很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，介質(zhì)諧振天線的研究主要集中在線極化介質(zhì)諧振天線，但 線極化天線對(duì)傳輸和接受的方向很敏感，此時(shí)，圓極化天線就開(kāi)始受到關(guān)注，尤其在衛(wèi)星通 信中下面我們將簡(jiǎn)要介紹一種典型的介質(zhì)諧振天線的結(jié)構(gòu)及其性能指標(biāo)，并以此提出本發(fā) 明的內(nèi)容。中國(guó)專(zhuān)利CN1331856公開(kāi)了一種介質(zhì)諧振天線，其介質(zhì)諧振器安裝在由導(dǎo)電材料 形成的地電位面上，饋源由相互分開(kāi)而置第一和第二探針組成，將第一和第二探針電氣耦 合到諧振器，以將第一和第二信號(hào)分別提供給諧振器或從其接收所述信號(hào)，第一和第二探針由導(dǎo)電帶形成，導(dǎo)電帶電氣連接到諧振器周?chē)?，并基本上關(guān)于地電位面垂直，第一和第二 信號(hào)具有相同振幅，但是相位相差90度，以產(chǎn)生圓極化輻射圖案。在該方案中雙頻帶天線 可通過(guò)將兩個(gè)介質(zhì)諧振器天線放置并連接在一起而形成。在雙頻帶配置中的每一個(gè)諧振器 以特定頻率諧振，由此提供雙頻帶工作。諧振器能夠并排放置，或相互垂直放置。這樣的結(jié) 構(gòu)使得該介質(zhì)諧振天線的體積較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線。一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線包括介質(zhì)諧振腔、金屬貼片、空氣諧振腔、地電 位面、同軸饋源；介質(zhì)諧振腔是高介電常數(shù)材料構(gòu)成的介質(zhì)諧振腔，介質(zhì)諧振腔放置在地電 位面上，介質(zhì)諧振腔內(nèi)部中央的上部嵌有一個(gè)空氣諧振腔，空氣諧振腔的內(nèi)部填充介質(zhì)為 空氣，介質(zhì)諧振腔和空氣諧振腔上端中央放置金屬貼片，同軸饋源包括探針、介質(zhì)層和外導(dǎo) 體，探針從地電位面的下方穿過(guò)地電位面進(jìn)入介質(zhì)諧振腔，地電位面與探針之間為介質(zhì)層， 地電位面下方的介質(zhì)層外設(shè)有外導(dǎo)體。所述的介質(zhì)諧振腔或空氣諧振腔為立方體或圓柱體；金屬貼片為長(zhǎng)方形或圓形。 所述的諧振腔或空氣諧振腔為立方體時(shí)，同軸饋源的位置在介質(zhì)諧振腔下底面平行于邊長(zhǎng) 的對(duì)稱(chēng)軸上，此時(shí)實(shí)現(xiàn)線極化。所述的諧振腔或空氣諧振腔為立方體時(shí)，同軸饋源的位置在 介質(zhì)諧振腔下底面穿過(guò)中心的一條斜線上，該斜線不與任何一條與底面邊長(zhǎng)平行的對(duì)稱(chēng)軸 重合，此時(shí)實(shí)現(xiàn)圓極化。另一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線包括介質(zhì)諧振腔、金屬貼片、空氣諧振腔、地 電位面、雙同軸饋源；介質(zhì)諧振腔是高介電常數(shù)材料構(gòu)成的介質(zhì)諧振腔，介質(zhì)諧振腔放置在 地電位面上，介質(zhì)諧振腔內(nèi)部中央的上部嵌有一個(gè)空氣諧振腔，空氣諧振腔的內(nèi)部填充介 質(zhì)為空氣，介質(zhì)諧振腔和空氣諧振腔上端中央放置金屬貼片，雙同軸饋源由兩個(gè)同軸饋源 構(gòu)成，同軸饋源包括探針、介質(zhì)層和外導(dǎo)體，探針從地電位面的下方穿過(guò)地電位面進(jìn)入介質(zhì) 諧振腔，地電位面與探針之間為介質(zhì)層，地電位面下方的介質(zhì)層外設(shè)有外導(dǎo)體。進(jìn)一步地，所述的介質(zhì)諧振腔或空氣諧振腔為立方體或圓柱體，金屬貼片為正方 形或圓形。進(jìn)一步地，所述的諧振腔或空氣諧振腔為立方體時(shí)，雙同軸饋源的兩個(gè)饋源的位 置分別位于介質(zhì)諧振腔下底面平行于相交的兩條邊的兩條對(duì)稱(chēng)軸上，此時(shí)實(shí)現(xiàn)雙線極化。進(jìn)一步地，所述的諧振腔或空氣諧振腔為立方體時(shí)，雙同軸饋源中的一個(gè)饋源的 位置位于介質(zhì)諧振腔下底面一條過(guò)中心點(diǎn)的斜線上，該斜線與任何一條與底面平行的對(duì)稱(chēng) 軸不重合，雙同軸饋源中的兩個(gè)饋源位置關(guān)于與底邊平行的對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)，此時(shí)實(shí)現(xiàn)雙圓極 化。跟現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(1)高效的輻射效率(95%)，因?yàn)闆](méi)有導(dǎo)體和表面波損耗，自身介質(zhì)損耗小，并具有較低 的輻射Q因子；
(2)介電常數(shù)的選擇范圍很大，允許設(shè)計(jì)者靈活控制尺寸和帶寬(低介電常數(shù)對(duì)應(yīng)大帶 寬，高介電常數(shù)對(duì)應(yīng)小尺寸)，通過(guò)選擇合適的諧振參數(shù)可以得到很寬的工作帶寬，也可以同時(shí)具有多個(gè)頻帶；
(3)相似天線之間的隔離度很好，且對(duì)附近物體引起的失諧有較好的抵抗能力；
(4)體積小又易于集成，適用于在很小的空間內(nèi)設(shè)置多個(gè)天線的情況；
(5)對(duì)加工誤差不像微帶天線那樣敏感，特別是在頻率很高的時(shí)候。


圖1是同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1的A-A剖視圖3是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
1的俯視圖； 圖4是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
2的俯視圖； 圖5是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
3的俯視圖； 圖6是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
4的俯視圖； 圖7是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
5的俯視圖； 圖8是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
6的俯視圖； 圖9是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
7的俯視圖； 圖10是本發(fā)明線極化結(jié)構(gòu)具體實(shí)施方式
8的俯視圖； 圖11是本發(fā)明雙線極化的三頻介質(zhì)諧振天線的俯視圖； 圖12是本發(fā)明圓極化的三頻介質(zhì)諧振天線的俯視圖； 圖13是本發(fā)明雙圓極化的三頻介質(zhì)諧振天線的俯視圖。
具體實(shí)施例方式凡能夠限定電磁能量在一定體積內(nèi)振蕩的結(jié)構(gòu)均可構(gòu)成電磁諧振器。這種振蕩結(jié) 構(gòu)一般是由任意形狀的電壁或磁壁所限定的體積，在外界的激勵(lì)下結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生微波電磁 振蕩。介質(zhì)諧振器是一種具有存儲(chǔ)能和選頻特性的微波諧振元件，起功過(guò)原理類(lèi)似于電路 理論中的集總元件諧振器。由高介電常數(shù)介質(zhì)與空氣界面的反射和折射情況可以得到結(jié)論高介電常數(shù)的界 面與導(dǎo)體壁有著類(lèi)似的特性，能使電磁波發(fā)生完全的或近似完全的反射。導(dǎo)體壁被稱(chēng)為電 壁，其電場(chǎng)的切向分量為零，磁場(chǎng)的法向分量為零，電磁波被完全反射，合成場(chǎng)的電力線垂 直與導(dǎo)體表面。而在高介電常數(shù)的介質(zhì)界面上，磁場(chǎng)切向分量近似為零，入射波與反射波的 磁場(chǎng)切向分量近似相抵消，合成場(chǎng)的磁力線近似垂直介質(zhì)界面，于是高介電常數(shù)的介質(zhì)表 面可近似看成磁壁，只有當(dāng)Sx趨向于無(wú)窮時(shí)，才能成為真正的磁壁。用磁壁圍成一個(gè)封閉 的腔，當(dāng)適當(dāng)頻率的電磁波饋入時(shí)，波將在腔的磁壁上來(lái)回反射，形成諧振。因此高介電常 數(shù)的介質(zhì)塊可以近似為微波諧振器，電磁能量在介質(zhì)內(nèi)振蕩，不會(huì)穿過(guò)磁壁泄漏到空氣中 去。然而，沒(méi)有介質(zhì)的介電常數(shù)可以達(dá)到無(wú)窮大，這意味著介質(zhì)振蕩的同時(shí)會(huì)向外輻射能 量，選擇適當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)的介質(zhì)，可以使諧振器能輻射足夠的能量，這樣就形成了介質(zhì)諧振 天線。如圖1、2所示，一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線包括介質(zhì)諧振腔1、金屬貼片2、 空氣諧振腔3、地電位面4、同軸饋源5 ；介質(zhì)諧振腔1是高介電常數(shù)材料構(gòu)成的介質(zhì)諧振 腔，介質(zhì)諧振腔1放置在地電位面4上，介質(zhì)諧振腔1內(nèi)部中央的上部嵌有一個(gè)空氣諧振腔3，空氣諧振腔3的內(nèi)部填充介質(zhì)為空氣，介質(zhì)諧振腔1和空氣諧振腔3上端中央放置金屬 貼片2，同軸饋源5包括探針51、介質(zhì)層52和外導(dǎo)體53，探針51從地電位面4的下方穿過(guò) 地電位面4進(jìn)入介質(zhì)諧振腔1，地電位面4與探針51之間為介質(zhì)層52，地電位面4下方的 介質(zhì)層52外設(shè)有外導(dǎo)體53。如圖11所示，另一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線包括介質(zhì)諧振腔1、金屬貼片 2、空氣諧振腔3、地電位面4、雙同軸饋源6 ；介質(zhì)諧振腔1是高介電常數(shù)材料構(gòu)成的介質(zhì)諧 振腔，介質(zhì)諧振腔1放置在地電位面4上，介質(zhì)諧振腔1內(nèi)部中央的上部嵌有一個(gè)空氣諧振 腔3，空氣諧振腔3的內(nèi)部填充介質(zhì)為空氣，介質(zhì)諧振腔1和空氣諧振腔3上端中央放置金 屬貼片2，雙同軸饋源6由兩個(gè)同軸饋源5構(gòu)成，同軸饋源5包括探針51、介質(zhì)層52和外導(dǎo) 體53，探針51從地電位面4的下方穿過(guò)地電位面4進(jìn)入介質(zhì)諧振腔1，地電位面4與探針 51之間為介質(zhì)層52，地電位面4下方的介質(zhì)層52外設(shè)有外導(dǎo)體53。介質(zhì)諧振腔1提供三頻介質(zhì)諧振天線的第一個(gè)頻點(diǎn)，通過(guò)改變介質(zhì)諧振腔1的尺 寸參數(shù)，可以調(diào)節(jié)第一個(gè)天線諧振點(diǎn)的位置；金屬貼片2提供三頻介質(zhì)諧振天線的第二個(gè) 頻點(diǎn)，通過(guò)改變金屬貼片2的尺寸參數(shù)可以調(diào)節(jié)第二個(gè)天線諧振點(diǎn)的位置；空氣諧振腔3提 供三頻介質(zhì)諧振天線的第三個(gè)頻點(diǎn)，通過(guò)改變空氣諧振腔3的尺寸參數(shù)，可以調(diào)節(jié)第三個(gè) 天線諧振點(diǎn)的位置；由這三個(gè)結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明介質(zhì)諧振天線的三頻點(diǎn)特征。本發(fā)明中介質(zhì)諧振天線端口的阻抗值是由同軸材料的介電常數(shù)以及其內(nèi)徑和外 徑?jīng)Q定的
權(quán)利要求
1.一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于包括介質(zhì)諧振腔(1)、金屬貼片 (2)、空氣諧振腔(3)、地電位面(4)、同軸饋源(5)；介質(zhì)諧振腔(1)是高介電常數(shù)材料構(gòu)成 的介質(zhì)諧振腔，介質(zhì)諧振腔(1)放置在地電位面(4)上，介質(zhì)諧振腔(1)內(nèi)部中央的上部嵌 有一個(gè)空氣諧振腔(3)，空氣諧振腔(3)的內(nèi)部填充介質(zhì)為空氣，介質(zhì)諧振腔(1)和空氣諧 振腔(3)上端中央放置金屬貼片(2)，同軸饋源(5)包括探針(51)、介質(zhì)層(52)和外導(dǎo)體 (53)，探針(51)從地電位面(4)的下方穿過(guò)地電位面(4)進(jìn)入介質(zhì)諧振腔(1)，地電位面(4) 與探針(51)之間為介質(zhì)層(52)，地電位面(4)下方的介質(zhì)層(52)外設(shè)有外導(dǎo)體(53)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于所述的介質(zhì) 諧振腔(1)或空氣諧振腔(3)為立方體或圓柱體；金屬貼片(2)為長(zhǎng)方形或圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于所述的 諧振腔(1)或空氣諧振腔(3)為立方體時(shí)，同軸饋源(5)的位置在介質(zhì)諧振腔(1)下底面平 行于邊長(zhǎng)的對(duì)稱(chēng)軸上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于所述的 諧振腔(1)或空氣諧振腔(3)為立方體時(shí)，同軸饋源(5)的位置在介質(zhì)諧振腔(1)下底面穿 過(guò)中心的一條斜線上，該斜線不與任何一條與底面邊長(zhǎng)平行的對(duì)稱(chēng)軸重合。
5.一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于包括介質(zhì)諧振腔(1)、金屬貼片 (2)、空氣諧振腔(3)、地電位面(4)、雙同軸饋源(6)；介質(zhì)諧振腔(1)是高介電常數(shù)材料構(gòu) 成的介質(zhì)諧振腔，介質(zhì)諧振腔(1)放置在地電位面(4)上，介質(zhì)諧振腔(1)內(nèi)部中央的上部 嵌有一個(gè)空氣諧振腔(3)，空氣諧振腔(3)的內(nèi)部填充介質(zhì)為空氣，介質(zhì)諧振腔(1)和空氣 諧振腔(3)上端中央放置金屬貼片(2)，雙同軸饋源(6)由兩個(gè)同軸饋源(5)構(gòu)成，同軸饋源 (5)包括探針(51)、介質(zhì)層(52)和外導(dǎo)體(53)，探針(51)從地電位面(4)的下方穿過(guò)地電 位面(4)進(jìn)入介質(zhì)諧振腔(1)，地電位面(4)與探針(51)之間為介質(zhì)層(52)，地電位面(4) 下方的介質(zhì)層(52)外設(shè)有外導(dǎo)體(53)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于所述的介質(zhì) 諧振腔(1)或空氣諧振腔(3)為立方體或圓柱體；金屬貼片(2)為正方形或圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于所述的 諧振腔(1)或空氣諧振腔(3)為立方體時(shí)，雙同軸饋源(5)的兩個(gè)饋源的位置分別位于介質(zhì) 諧振腔(1)下底面平行于相交的兩條邊的兩條對(duì)稱(chēng)軸上。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線，其特征在于所述的 諧振腔(1)或空氣諧振腔(3)為立方體時(shí)，雙同軸饋源(5)中的一個(gè)饋源的位置位于介質(zhì)諧 振腔(1)下底面一條過(guò)中心點(diǎn)的斜線上，該斜線與任何一條與底面平行的對(duì)稱(chēng)軸不重合，雙 同軸饋源(5)中的兩個(gè)饋源位置關(guān)于與底邊平行的對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同軸饋電的三頻介質(zhì)諧振天線。介質(zhì)諧振腔是高介電常數(shù)材料構(gòu)成的介質(zhì)諧振腔，介質(zhì)諧振腔放置在地電位面上，介質(zhì)諧振腔內(nèi)部中央的上部嵌有一個(gè)空氣諧振腔，空氣諧振腔的內(nèi)部填充介質(zhì)為空氣，介質(zhì)諧振腔和空氣諧振腔上端中央放置金屬貼片，同軸饋源包括探針、介質(zhì)層和外導(dǎo)體，探針從地電位面的下方穿過(guò)地電位面進(jìn)入介質(zhì)諧振腔，地電位面與探針之間為介質(zhì)層，地電位面下方的介質(zhì)層外設(shè)有外導(dǎo)體。本發(fā)明通過(guò)介質(zhì)諧振腔，空氣諧振腔和金屬貼片三個(gè)結(jié)構(gòu)集成在一起提供三個(gè)不同的頻點(diǎn)，具有體積小同時(shí)頻帶寬的特點(diǎn)，在衛(wèi)星通信中有著重要的應(yīng)用,此外在軍事電子對(duì)抗中也可以起到其他天線無(wú)法起到的作用。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK102130377SQ201110028200
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者吳慧嫻, 吳錫東, 周金芳, 李波, 楊楠 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)