Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線。它包括介質(zhì)基板上表面有一層金屬接地板和一條處在介質(zhì)基板下表面的微帶饋線。在金屬接地板上面中心處有一個(gè)三層堆疊的介質(zhì)諧振器；在金屬接地板中心處有十字縫隙；所述微帶饋線的內(nèi)端處在十字縫隙的正下方，與十字縫隙呈45°；接地板上有兩個(gè)級(jí)聯(lián)的啞鈴型槽縫。該天線阻抗帶寬為27.67%，圓極化軸比帶寬為6.56%。在工作頻率內(nèi)，天線的最大增益為8.2dB，最小為6.0dB，具有較寬的覆蓋范圍。在12.2GHz處軸比大約為0.09dB，具有良好的圓極化特性。該天線覆蓋IT3區(qū)衛(wèi)星電視廣播的常用工作頻段，因此可應(yīng)用于11GHz-14.5GHz頻段的衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)。
【專利說明】Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線。該天線工作于Ku波段，阻抗帶寬為27.67%，圓極化軸比帶寬為6.56%，增益為6.0dB-8.2 dB，方向性比較好。該天線覆蓋IT3區(qū)衛(wèi)星電視廣播的常用工作頻段，因此可應(yīng)用于llGHz-14.5GHz頻段的衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的發(fā)展和無線應(yīng)用產(chǎn)品的普及，人們對(duì)無線通信系統(tǒng)不可或缺的天線提出了更高的要求，比如圓極化特性好、增益高、體積小及質(zhì)量輕，還要有很高的傳輸速率、抑制雨霧干擾和抗多徑反射等。特別是在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，對(duì)天線性能的要求就更高了。通常情況下，衛(wèi)星通信系統(tǒng)使用的是增益較高的反射面天線。該天線有很高的應(yīng)用價(jià)值，但這種天線成本較高，體積大，特別是在移動(dòng)通信中，使用起來很不方便。而介質(zhì)諧振器天線因?yàn)榫哂薪橘|(zhì)損耗小，天線尺寸小，表面波損耗不存在和可以設(shè)計(jì)成各種三維幾何形狀以及饋電方式簡便及多樣性等突出優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的普遍關(guān)注，是目前國際上的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
[0003]根據(jù)國際電聯(lián)的規(guī)定，全世界劃分為三個(gè)區(qū)域，我國屬于IT3區(qū)，位于這個(gè)區(qū)域的還有亞洲其他國家和南太平洋地區(qū)。該區(qū)衛(wèi)星廣播常用工作頻帶為Ku波段(10GHz-18GHz)，這是由于Ku波段具有頻率高、頻率范圍寬，信號(hào)容量大等特點(diǎn)，但是Ku波段存在雨衰的現(xiàn)象，即容易受雨雪天氣的干擾，因此可在Ku波段使用圓極化介質(zhì)諧振器天線達(dá)到抑制雨霧干擾，改善系統(tǒng)性能的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線，該天線工作頻率為llGHz-14.5GHz，覆蓋IT3區(qū)衛(wèi)星廣播的常用工作頻段，可用于衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線，包括介質(zhì)基板上表面有一層金屬接地板和一條處在介質(zhì)基板下表面的微帶饋線，其特征在于:在金屬接地板上面中心處有一個(gè)三層堆疊的介質(zhì)諧振器；在金屬接地板中心處有十字縫隙；所述微帶饋線的內(nèi)端處在所述十字縫隙的正下方，微帶饋線與十字縫隙呈45° ;金屬接地板上有兩個(gè)級(jí)聯(lián)的啞鈴型槽縫，以展寬天線阻抗帶寬。所述三層堆疊的介質(zhì)諧振器為下層介質(zhì)圓柱、中層介質(zhì)圓柱、上層介質(zhì)圓柱堆疊而成，三層介質(zhì)圓柱的半徑相同，材料和高度不同，它們的高度和材料的介電常數(shù)對(duì)天線的主要影響是天線的諧振頻率，而其尺寸對(duì)天線的軸比帶寬影響較大。三層堆疊的圓極化介質(zhì)諧振器由微帶饋線通過金屬接地板中心的十字縫隙對(duì)其進(jìn)行耦合饋電；十字縫隙的兩臂長度不相等，寬度相等。通過控制兩個(gè)縫隙的長短實(shí)現(xiàn)左旋或右旋圓極化。所述啞鈴型槽縫的啞鈴握柄寬度越小，則天線的截止頻率越高；兩個(gè)啞鈴型槽縫間距越大，則濾波器的選通性越強(qiáng)。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):
1.此設(shè)計(jì)采用了三層堆疊的介質(zhì)諧振器結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)介質(zhì)諧振器相比，有效提高了介質(zhì)諧振器天線的增益，最高達(dá)到8.2dB。
[0007]2.接地板上堆疊結(jié)構(gòu)的介質(zhì)諧振器實(shí)現(xiàn)了較小的天線尺寸。
[0008]3.微帶饋線與接地板上的十字縫隙的配合，微帶饋線與十字縫隙呈45°。微帶饋線的長度和寬度以及十字縫隙的寬度實(shí)現(xiàn)了天線的良好匹配。
[0009]4.接地板上增加兩個(gè)級(jí)聯(lián)的槽縫結(jié)構(gòu)展寬了天線阻抗帶寬。
[0010]5.采用十字縫隙耦合饋電的方式以實(shí)現(xiàn)圓極化。在12.2GHz處天線的軸比約為
0.09dB,獲得十分良好的圓極化特性。
[0011]6.通過控制兩個(gè)縫隙的長度可以方便地實(shí)現(xiàn)左旋或右旋圓極化波。圖1所示結(jié)構(gòu)為左旋圓極化天線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1圓極化介質(zhì)諧振器天線俯視圖。
[0013]圖2圓極化介質(zhì)諧振器天線側(cè)視圖。
[0014]圖3接地板上的槽縫結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖4天線仿真S參數(shù)。
[0016]圖5天線軸比曲線圖。
[0017]圖6天線增益圖。
[0018]圖7天線輻射方向圖(12.2GHz)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
參見圖廣圖3，本Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線，包括介質(zhì)基板(I)上表面有一層金 屬接地板(6 )和一條處在介質(zhì)基板(I)下表面的微帶饋線(5 )，其特征在于:
1)在金屬接地板(6)上面中心處有一個(gè)三層堆疊的介質(zhì)諧振器(2)；
2)在金屬接地板(6)中心處有十字縫隙(3)；
3)所述微帶饋線(5)的內(nèi)端處在所述十字縫隙(3)的正下方，微帶饋線與十字縫隙(3)呈 45° ;
4)金屬接地板(6)上有兩個(gè)級(jí)聯(lián)的啞鈴型槽縫(4)，以展寬天線阻抗帶寬。
[0020]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是:所述三層堆疊的介質(zhì)諧振器(2)為下層介質(zhì)圓柱(2-1)、中層介質(zhì)圓柱(2-2)和上層介質(zhì)圓柱(2-3)堆疊而成,三層介質(zhì)圓柱的半徑相同，材料和高度不同，它們的高度和材料的介電常數(shù)對(duì)天線的主要影響是天線的諧振頻率，而其尺寸對(duì)天線的軸比帶寬影響較大。三層堆疊的圓極化介質(zhì)諧振器(2)由微帶饋線(5)通過金屬接地板(6)中心的十字縫隙(3)對(duì)其進(jìn)行耦合饋電；十字縫隙(3)的兩臂長度不相等，寬度相等。通過控制兩個(gè)縫隙的長短實(shí)現(xiàn)左旋或右旋圓極化。所述啞鈴型槽縫(4)的啞鈴握柄寬度越小，則天線的截止頻率越高；兩個(gè)啞鈴型槽縫(4)間距越大，則濾波器的選通性越強(qiáng)。
[0021]實(shí)施例三: 本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下:
1.天線的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示，下層為微帶饋線(5)，中層為介質(zhì)基板(1)，特征阻抗為50歐姆的微帶饋線蝕刻在該介質(zhì)基板層；上層為接地板(6)，十字縫隙(3)及啞鈴型缺槽縫
(4)均在此接地板(6)上進(jìn)行開槽；下層介質(zhì)圓柱(2-1);中層介質(zhì)圓柱(2-2);上層介質(zhì)圓柱(2-3)。
[0022]2.三層堆疊的介質(zhì)諧振器(3)介質(zhì)半徑相同，而材料和高度不同。它們的高度和介電常數(shù)對(duì)天線主要影響天線的諧振頻率，其尺寸對(duì)天線的軸比帶寬影響較大。
[0023]3.接地板(6)和微帶饋線(5)分別位于介質(zhì)基板(I)的上下兩面，圓柱形介質(zhì)諧振器(2 )由微帶線(5 )通過地板(6 )中心的十字縫隙(3 )對(duì)其進(jìn)行耦合饋電。如圖3所示，十字縫隙(3)的兩臂長度不相等，寬度相等，十字型耦合槽的兩臂和微帶饋線(5)偏置45度角，以便形成圓極化，通過控制兩個(gè)縫隙的長短實(shí)現(xiàn)左旋或右旋圓極化。調(diào)節(jié)縫隙寬度以及微帶饋線(5)的長度可以使微帶天線獲得良好的匹配。
[0024]4.接地板(6)上兩個(gè)級(jí)聯(lián)的啞鈴型槽縫(4)結(jié)構(gòu)如圖3所示，其位于接地板(6)上，即50歐微帶線的另一側(cè)。多槽縫級(jí)聯(lián)的結(jié)構(gòu)對(duì)展寬天線的阻抗帶寬有明顯的作用，可以很好地提高天線的性能。啞鈴握柄的寬度和啞鈴半徑對(duì)缺陷地結(jié)構(gòu)的截止頻率改變有著最大的作用:握柄寬度越小，天線的截止頻率就越高；當(dāng)截止頻率變高時(shí)，啞鈴的面積也就越小。截止頻率的改變也會(huì)由兩個(gè)缺陷地的間距和握柄長度的改變引起，握柄長度越大，截止頻率越??；兩個(gè)缺陷地的間距越大，濾波器的選通性就越強(qiáng)。
[0025]5.圖4為天線仿真S參數(shù)，從圖中可看出S11 ( -1OdB阻抗帶寬達(dá)到27.67%，圖5為天線軸比曲線圖，從圖中可看出AR≤3dB的軸比帶寬為6.56%，而且在12.2GHz處天線的軸比大約為0.09dB。
[0026]6.圖6為天線增益圖，在工作頻率llGHz-14.5GHz范圍內(nèi)，天線的最大增益為
8.2dB，最小增益為6.0dB0
[0027]7.圖7為天線在12.2GHz處的方向圖。從圖中可看出，天線旁瓣較低，具有較好的輻射特性。
【權(quán)利要求】
1.一種Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線，包括介質(zhì)基板(I)上表面有一層金屬接地板(6 )和一條處在介質(zhì)基板(I)下表面的微帶饋線(5 )，其特征在于: 1)在金屬接地板(6)上面中心處有一個(gè)三層堆疊的介質(zhì)諧振器(2)； 2)在金屬接地板(6)中心處有十字縫隙(3)； 3)所述微帶饋線(5)的內(nèi)端處在所述十字縫隙(3)的正下方，微帶饋線與十字縫隙(3)呈 45° ; 4)金屬接地板(6)上有兩個(gè)級(jí)聯(lián)的啞鈴型槽縫(4)，以展寬天線阻抗帶寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線，其特征在于:所述三層堆疊的介質(zhì)諧振器(2)為下層介質(zhì)圓柱(2-1)、中層介質(zhì)圓柱(2-2)和上層介質(zhì)圓柱(2-3)堆疊而成，三層介質(zhì)圓柱的半徑相同，材料和高度不同，它們的高度和材料的介電常數(shù)對(duì)天線的主要影響是天線的諧振頻率，而其尺寸對(duì)天線的軸比帶寬影響較大。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線，其特征在于:三層堆疊的圓極化介質(zhì)諧振器(2)由微帶饋線(5)通過金屬接地板(6)中心的十字縫隙(3)對(duì)其進(jìn)行耦合饋電；十字縫隙(3)的兩臂長度不相等，寬度相等。通過控制兩個(gè)縫隙的長短實(shí)現(xiàn)左旋或右旋圓極化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的Ku波段圓極化介質(zhì)諧振器天線，其特征在于:所述啞鈴型槽縫(4)的啞鈴握柄寬度越小，則天線的截止頻率越高；兩個(gè)啞鈴型槽縫(4)間距越大，則濾波器的選通性越強(qiáng)。
【文檔編號(hào)】H01Q1/48GK103545602SQ201310476314
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
【發(fā)明者】沈文輝, 劉潔, 劉丹, 張鈺 申請(qǐng)人:上海大學(xué)