[发明专利]介质谐振器天线

说明书

本发明涉及一种介质谐振器天线，包括一个介质材料的长方体，在该长方体中，介质谐振器天线的本征模的电场结构至少具有两个非平行的对称平面，该本征模具体是由外部激励产生的。

本发明另外涉及一个发送器，一个接收器和一个移动无线电话机，该移动无线电话机包括包含一个介质材料的长方体的介质谐振器天线，在长方体中介质谐振器天线的本征模的电场结构至少具有两个非平行的对称平面，该本征模特别地通过外部激发产生。

介质谐振器天线(DRA)称为用于微波频率的小型化的陶瓷或者其它电介质的天线。由于在电介质的边界表面上电磁的限制条件，介质谐振器具有本征频率和本征模的离散频谱，介质谐振器的电介质具有εr＞＞1的相对介电常数，它被空气包围着。这些条件是由在边界表面具有给定极限条件的电介质的电磁方程式的特定解定义的。与谐振器相反，当避免了辐射损耗时它具有很高的质量，电源的辐射是谐振器天线中主要的项。因为使用不导电结构作为辐射单元，集肤效应不能是有害的。因此，这样的天线在高频具有低的欧姆损耗。当使用具有高相对介电常数的材料时，因为通过增加εr，对于预选的本征频率(传送和接收频率)尺寸可以降低，因此可以获得一个紧凑的，小型化的结构。给定频率的DRA的尺寸实质上反比于√εr。εr按照系数α增加引起全部维数减少该系数√εr和因此体积减少一个因数α^3/2，同时谐振频率保持相同。此外，DRA的材料适合于在高频使用，具有小的介质损耗和温度稳定性。这极大地限制可使用的材料。适当的材料具有典型地最大值120的εr值。除了小型化可能性的这个限制之外，还有具有上升εr的DRA降低的辐射属性。

举例来说在图1中表示了所考虑的基本形式的这样的一种DR天线1。不仅仅长方体的形式，而且其它形式是可能的，例如圆柱状的或者球形的几何形状。介质谐振器天线是谐振的模块，仅仅工作在它们的谐振频率(本征频率)之一的周围的窄频带中。天线小型化的问题相当于降低具有给定天线维数的工作频率的情况。因此，使用该最小的谐振(TE²₁₁₁)模。这模在它的电磁场中具有对称平面，电场的一个对称平面称为对称平面2。

当该天线在对称平面2中二等分和放置一个导电表面3(例如一个金属涂层)时，该谐振频率继续等于具有原始尺寸的天线的谐振频率。以这个方式，获得了一个结构，其中以相同的频率形成相同的模。这表示在图2。借助具有高相对介电常数εr的电介质利用这个天线可以获得进一步小型化。最好，选择具有低的介质损耗的材料。

在1994年Intern.Journal of Microwave and Millimeter-Wave Computer-aidedEngineering，第4卷，第3期第230-247页Rajesh K、Mongia和Prakash Barthia的文章“介质谐振器天线—对于谐振频率和带宽的回顾和一般的设计关系”中描述了这样的一种介质谐振器天线。该文章概述了对于不同的形状例如圆柱状的，球形的和矩形的DRA的模和辐射特性的概述。对于不同的形状，表示了可能的模和对称平面(参见图4，5，6和240页左栏第1-21行)。特别地在图9和相关的描述中描述了长方形的介质谐振器天线。利用具有y＝0的x-z平面或者具有x＝0的y-z平面中的金属表面，原始的结构可以二等分，而不必修改TE²₁₁₁模的场结构或者其它谐振特性(参见第244行右栏第1-7行)。DRA通过微波引入线激励的，它插入微波线路(例如微带线或者同轴线的末尾)附近的杂散场中。

减少体积的可能性被限制为使用安排在彼此作为外部表面的直角的两个对称平面。在这个方式中，DRA的体积仅仅可以降低相同频率的系数4。

因此，本发明的一个目的是提供一个介质谐振器天线，它提供减少体积的更好的可能性。此外，本发明的一个目的是提供一个发送器，一个接收器和一个移动无线电话机，它具有减少整个体积和装置内的安装部件的更好的可能性。