[发明专利]一种低剖面且高增益宽频带介质谐振器天线

说明书

一种低剖面且高增益宽频带介质谐振器天线，属于无线通信和天线技术领域，包括三层结构，其顶层为高介电常数的介质层，中间层为低介电常数的中间层介质基板，底层为低介电常数的底层介质基板。利用多个分离的高介电常数的介质块纵向排列，激励起介质谐振器天线的多个模式，并将两组分离模块沿横向排列，在低频处形成阵列形式增加增益，在高频处看成一个整体，激励起介质谐振器天线的高阶模式，在进一步展宽带宽的同时实现高增益辐射。本发明解决了现有宽频带介质谐振器天线剖面高度较高的问题，在低剖面的基础上，不仅实现了宽频带覆盖性能；具有高效率、质量轻、加工成本低的特点，有利于市场推广。

技术领域

本发明属于无线通信和天线技术领域，涉及一种低剖面且高增益宽频带介质谐振器天线。

背景技术

Sub-6G频段由于传输距离和蜂窝覆盖范围方面的优势成为第五代移动通信技术(5G)的发展的关键频段，而相关技术的研发也成为5G建设的基石。同时，Sub-6G频段仍可沿用4G时期发展的相关频段和技术，节约运营商网络建设成本，并且能够很好的兼顾网络覆盖范围和建筑内部穿透能力。4G通讯中使用的频率大多低于2.6GHz，在5G建设的sub-6G频段新增的中频段要高于4G所使用的频段，国内工信部已公布我国5G中频段内的频率使用规划，明确了3.4-3.6GHz和4.8-5.0GHz频段作为5G系统的工作频段。但同时其他各国采用6GHz以下的其它頻段进行5G建设，因此设计能够覆盖3.3-6.0GHz的宽频带天线成为5G建设的必然趋势。与多个单频天线相比，宽频带天线具有尺寸小、结构简单、可集成化的特点，具有更多的工作模式，同时，在降低设备安装空间的同时节约了安装成本。在此背景下，宽带天线的小型化、低成本、高性能成为天线在5G时代激烈竞争环境下的关键。

介质谐振器天线因其结构紧凑，带宽较宽、损耗低、效率高、设计灵活等特点受到广泛关注。现有的宽频段介质谐振器天线设计主要通过改变天线形状、采用多层介质结构、多模激励、多谐振结构等形式拓展带宽。但这些研究通常或是带宽展宽受限或是剖面高度较高，而且存在宽频带工作模式下辐射很难具有稳定的、高增益的辐射特性。因此如何设计一款宽频带、低剖面且具有高增益、低成本特点的天线成为当前必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术不足，提出一种介质谐振器天线能够在低剖面下实现宽频带天线，该天线在阻抗带宽内维持稳定的定向辐射，具有高增益特性。介质谐振器天线特点如下：利用高介电常数且分离的介质块结构，能够激励起多个介质谐振器模式，通过模式合并形成低剖面且宽频带的设计，天线剖面高度～0.07λ₀(λ₀表示工作带宽的中心频率对应的波长)，天线阻抗带宽可覆盖3.25-6.10GHz(～61％)，天线阻抗带宽内可保持稳定的定向辐射，最高增益可达～9.5dBi，此外，天线地板大小与介质结构大小可比拟，具有体积小、质量轻、结构简单等优点。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种低剖面且高增益宽频带介质谐振器天线，所述的低剖面且高增益宽频带介质谐振器天线分为三层结构，利用多个分离的高介电常数的介质块纵向排列，激励起介质谐振器天线的多个模式，并将两组分离模块沿横向排列，在低频处形成阵列形式增加增益，在高频处看成一个整体，激励起介质谐振器天线的高阶模式，在进一步展宽带宽的同时实现高增益辐射。

所述的顶层为高介电常数的介质层，介质层由N个对称的、高介电常数的长方体介质块1组成，以N/2个纵向排列的介质块1为一组，且两组纵向排列的介质结构横向对称放置；每组相邻两个介质块1之间存在固定的间隙10A，两组介质结构之间存在间隙10B。所述N为偶数，且大于2。

所述的中间层为低介电常数的中间层介质基板2。