[发明专利]Ka波段低剖面宽带高增益环形圆柱介质谐振器天线

说明书

本发明公开了一种Ka波段低剖面宽带高增益环形圆柱介质谐振器天线，其主要辐射单元为圆柱形介质谐振器，相比与金属材料，欧姆损耗更低，效率更高。介质圆环包围结构使电磁波形成驻波，将其尽可能的限制在环内，使能量更集中。在圆柱形介质表面开凹槽，截断表面电流，提高了一部分增益；其通过等角螺旋缝隙实现了对介质谐振器的高效耦合馈电，传统的缝隙天线馈电采用的都是规则的线性缝隙结构，而等角螺旋缝隙天线是典型的宽频带天线，将等角螺旋缝隙结构运用到馈电结构中，实现了提高天线的带宽的效果。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种Ka波段低剖面宽带高增益环形圆柱介质谐振器天线。

背景技术

地面无线通信系统在很大程度上限制了它们在微波频率范围相对较小的范围内的工作，微波频率范围通常是从几百MHz到几GHz。频谱是一个稀缺性资源，随着5G时代的到来和各种无线设备、宽带无线电业务的应用，人们对频谱的需求越来越大。频段越高，可利用的频谱范围越宽，信息容量越大。毫米波具有高带宽、精度高、抗干扰能力强等特点，能充分满足第五代移动通信(5G)需要高数据速率、低延迟系统的要求，并在雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学等方面都有重大的意义。

在毫米波段，传统的金属天线欧姆损耗很高，导致辐射效率很低。所以在毫米波频率下欧姆损耗的最小化是一个重要的设计目标，必须解决这个问题以提高整体系统性能。介质谐振器天线(Dielectric Resonator Antenna，DRA)作为一种新型天线，最早在 1983年由Stuart A.Long提出，由于其理想的辐射特性，因此受到了广泛的关注。介质谐振器天线通过整个谐振器表面进行辐射，因为没有导体和表面波损耗且自身介质损耗又小，所以辐射效率很高，具有很宽的阻抗带宽(介电常数的10％左右)。同时介质谐振器天线具有尺寸小、成本低的特点，易于与平面电路集成，而且馈电方式多种多样，例如:微带线，同轴线，孔缝激励，共面波导(CPWs)和均匀共形带激励。在毫米波频率下，电磁辐射会遭受显著的路径损耗，因此就需要设计高增益天线来补偿这种不期望的影响。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种Ka波段低剖面宽带高增益环形圆柱介质谐振器天线，以用于解决在高频段欧姆损耗太大导致效率太低的问题，适用于5G毫米波波段。整个天线剖面仅为2.5mm，既保留了微带天线重量轻、低剖面、易于集成的特点，又克服其增益低、带宽窄的缺陷，在无线通讯系统中具有良好的使用前景。

为实现本发明的目的，提供一种Ka波段低剖面宽带高增益环形圆柱介质谐振器天线，包括介质基板、矩形金属导电带、金属片、螺旋缝隙、圆柱形介质谐振器、介质圆环、和圆柱形凹槽；

所述矩形金属导电带贴合在介质基板的下表面，介质基板的上表面设置中心刻有螺旋缝隙的金属片，所述圆柱形介质谐振器贴合在螺旋缝隙的中心，所述圆柱形介质谐振器的顶部中心处设置圆柱形凹槽，所述金属片上添加一层介质圆环，所述介质圆环将圆柱形介质包围在其中心。

在一个实施例中，辐射主源位于圆柱形介质谐振器内，激发的次级源被困在介质圆环内；圆柱形介质谐振器的尺寸决定了谐振频率和腔内激发的模，并且随着辐射，波冲击到介质圆环并被困在介质圆环中作为驻波，在这种情况下，环场分布取决于来自圆柱形介质谐振器的冲击波的波前；电场矢量集中于圆柱形介质处并向水平方向以及垂直方向向外辐射，向水平方向辐射的电场接触到介质圆环后，其中一小部分沿介质圆环内表面往垂直方向上下流动，另一部分反射回来与圆柱形介质上的电场矢量叠加后再产生辐射，垂直方向受四分之一波长宽度的控制，以最小化波在介质圆环外传播。

在一个实施例中，所述螺旋缝隙为平面等角螺旋缝隙。

在一个实施例中，所述矩形金属导电带的耦合端采用六边形结构。