[实用新型]一种超宽带全向低剖面分立嵌入式介质谐振器天线

说明书

本实用新型涉及一种超宽带全向低剖面分立嵌入式介质谐振器天线，包括介质基板、两个尺寸相同的等边三角形介质谐振器、矩形单极子及共面波导馈电系统，所述介质基板上部开尺寸大小等同于介质谐振器的凹槽以便嵌入式安装，所述介质谐振器下层嵌入到介质基板之中以减小剖面高度；所述矩形单极子即作为天线，又作为激励源插入两层介质谐振器之间，所述共面波导馈电系统两侧为两个对称的带凹陷的地平面，中间为50Ω直微带馈线，其上端与矩形单极子相连接，其终端连接同轴接头。该天线覆盖3.44～10.85GHz的频带范围，在整个工作频段具有较稳定的增益和较高的辐射效率，剖面高度仅为1.524mm。

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种超宽带全向低剖面分立嵌入式介质谐振器天线，特别涉及一种利用分立嵌入式等边三角形介质谐振器和矩形单极子天线结合以获得超宽带特性的天线，该天线可用作超宽带无线通信终端天线。由于使用了嵌入式设计方法，该天线剖面高度仅为1.524mm，特别适用于小型、低剖面无线通信应用领域。

背景技术

早在1965年，美国军方已确立了超宽带技术之基础。此后二十年内，超宽带技术主要为美国军用服务。此间，美国军方支持的研究机构及企业研发了数十种超宽带系统。1989年，美国国防部首次使用超宽带这个术语。由于超宽带技术在军用领域的成功应用，20世纪末开始超宽带技术逐渐被引入民用领域。直到2002年，美国联邦通信委员会FCC(FederalCommunication Committee)正式通过了将超宽带技术应用于民用的议案并制订了超宽带无线通信技术的标准：绝对带宽大于500MHz或相对带宽大于20％，工作频带覆盖3.1～10.6GHz。超宽带无线通信技术具有传输速率高(可达几百兆比特每秒)、抗干扰能力强、带宽极宽、系统容量大、发射功率低、传输距离短等特点。使其在无线通信、射频识别及雷达成像等领域有较广阔的应用前景。早期的介质谐振器主要应用于微波电路(振荡器、滤波器)，此时的介质谐振器通常作为能量存储器而不是辐射器。虽然很早以前学者已发现开放式介质谐振器可以作为辐射器，但直到1983年Long等首次发表了一篇圆柱形介质谐振器天线的论文之后，关于介质谐振器天线的研究才逐渐展开。介质谐振器天线具有体积小、质量轻、成本低、易集成、没有表面波损耗及金属损耗、辐射效率高、馈电方式灵活、对加工精度不敏感等优点，使其在现代的无线通信领域得到了广泛的应用。但由于介质谐振器Q值较高，其带宽相对较窄。近年来许多学者对提高介质谐振器天线带宽的方法进行了大量的研究。研究表明通过改变介质谐振器结构、馈电方式等可以显著的提高介质谐振器天线的带宽，使其达到宽带、超宽带。但这些设计的剖面高度普遍偏高，无法应用于低剖面的小型无线通信设备。文献(D.Guha,B.Gupta,Y.M.M.Antar,“Hybrid Monopole-DRAs UsingHemispherical/Conical-Shaped Dielectric Ring Resonators:ImprovedUltrawideband Designs,”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,Volume:60,Publication Year:2012,Page(s):393-398.)通过改变介质谐振器的结构，使用介质谐振器与单极子天线相结合的方式设计了超宽带天线。此天线由中间带圆柱形孔洞的半球形介质谐振器、单极子天线及圆形地平面构成。介质谐振器介电常数为10，阻抗带宽5～21GHz，相对带宽126％。天线尺寸：地平面半径为35mm，剖面高度大于11mm。文献(C.Ozzaim,F.Ustuner,N.Tarim,“Stacked Conical Ring Dielectric Resonator Antenna Excitedby a Monopole for Improved Ultrawide Bandwidth,”IEEE Transactions on Antennasand Propagation,Volume:61,Publication Year:2013,Page(s):1435-1438.)将两个中间有圆柱形孔洞的圆锥形介质谐振器叠放在一起并在中间放置单极子天线以获得超宽带特性。介质谐振器介电常数为10，阻抗带宽2.8～15.2GHz，相对带宽138％。天线尺寸：底面半径17mm，剖面高度大于22mm。文献(M.Abedian,S.K.A.Rahim,M.Khalily,“Two-SegmentsCompact Dielectric ResonatorAntenna for UWB Application,”IEEE Antennas andWireless Propagation Letters,Volume:11,Publication Year:2012,Page(s):1533-1537.)将两个不同介电常数、不同尺寸的矩形介质谐振器交错叠放并与U形印制单极子天线相结合，以获得超宽带特性。下层的矩形介质谐振器介电常数为30，以提高耦合特性；上层的矩形介质谐振器介电常数为15，以减小Q值、增加带宽。此天线阻抗带宽为3.14～10.9GHz，相对带宽为110％。天线尺寸：18mm×36mm×11mm。