高增益定向辐射介质谐振器天线的利记博彩app

本发明涉及天线设备，特别的，涉及一种高增益定向辐射介质谐振器天线。

背景技术：

现有的介质谐振器天线主要包括两类：一是全向辐射介质谐振器天线，二是定向辐射介质谐振器天线，定向辐射介质谐振器天线通常是在介质谐振器中，在模式具有单向性或者定向性的辐射模式的基础上，添加寄生结构，实现定向辐射。现有高增益定向介质谐振器天线主要包括有两种结构形式，一种是参考反射面天线，在主辐射结构背后添加起反射作用的金属腔体，结构复杂，体积较大；另一种是通过将天线单元组成阵列，体积较大。另外，随着无线、探测、传输、控制等领域的不断发展，对定向天线的的要求越来越高，一方面要尽量结构简单，另一方面要求天线保证良好的方向性、工作带宽不能太窄，且增益要尽量高。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种高增益定向辐射介质谐振器天线，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种高增益定向辐射介质谐振器天线，包括矩形的金属介质基板1，金属介质基板板面上与其中一条边平行的方向即Y轴向为纵向，而与其相邻边平行的方向即X轴向为横向，金属介质基板板面上设置有主谐振介质2与引向谐振介质3，主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向偏离金属介质基板几何中心，引向谐振介质3与主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向排列，主谐振介质2与引向谐振介质3之间沿金属介质基板纵向方向保持有间隙，所述主谐振介质为筒形结构，主谐振介质的内筒中设置有馈电探针4，金属介质基板两纵向边缘处分别设置有一组沿纵向排列的金属柱队列5，每一组所述金属柱队列5包括若干根间距设置的金属柱51。

进一步的，所述金属介质基板上的金属柱队列沿金属介质基板横向方向与引向谐振介质3和/或主谐振介质2相对。

优选的，所述主谐振介质的中心点离金属介质基板一边在纵向上的距离s1等于22～30mm；

在纵向上，所述金属柱队列中最近一根金属柱的中心点离金属介质基板一边的距离c1等于18～30mm，且c1小于或等于s1；在横向上，所述金属柱队列中金属柱的中心点离金属介质基板近边的距离c2等于1.8～2.1mm。

优选的，所述金属柱的高度h4等于3.8～4.2mm，所述金属柱队列中，相邻两金属柱外圆面之间的间距b等于0.4～1.5mm。

优选的，每一组所述金属柱队列中所包括的金属柱数量为11～26根。

优选的，所述主谐振介质与引向谐振介质均为带内筒的圆筒状结构，所述主谐振介质2的中轴线与引向谐振介质3中轴线之间沿金属介质基板纵向方向的距离s2等于8～15mm。

优选的，主谐振介质与引向谐振介质的材质均为陶瓷，所述金属介质基板的材质为铜。

优选的，所述金属介质基板的长度L为75～85mm，金属介质基板的宽度W为55～65mm，金属介质基板的厚度t为1～1.3mm；

所述引向谐振介质外半径r4等于3.3～3.7mm，引向谐振介质内半径r3等于1.3～1.6mm，引向谐振介质高度h2等于3.3～3.5mm；

所述主谐振介质外半径r2等于4.3～4.7mm，主谐振介质内半径r1等于1～1.6mm，主谐振介质高度h1等于4.3～4.5mm；

所述馈电探针直径d1等于0.9～1.1mm，馈电探针高度h3等于5.6～6.2mm；

所述金属柱直径d2等于0.9～1.1mm。

进一步优选的，所述馈电探针的高度为6mm，馈电探针的直径为1mm。

进一步的，所述主谐振介质2与引向谐振介质3相背的一侧柱面上设置有金属贴片6。

有益效果：本发明在主谐振介质的旁边设置了引向谐振介质对天线辐射进行初步引向并提高增益，再通过两组金属柱队列进一步增强天线的方向性能并进一步提高增益，使天线的性能大大提升，本发明还在主谐振介质柱面上设置金属贴片，可减小天线的背瓣并提高天线的方向图3dB波束宽度，大大提高天线的方向性，增加金属贴片后可使天线的工作模式产生扰动，使天线可在全向工作模式下实现定向辐射，由于此时天线的全向模式是天线的主模，也是基模，可以使天线的定向辐射的方向图带宽更宽，表现更加稳定，为介质谐振天线的定向辐射探索了一种新方法，在宽带定向辐射天线中有广阔应用前景，大大扩展了天线的应用范围。

本发明中，金属介质基板上的主谐振介质与引向谐振介质偏离金属介质基板的几何中心设置，金属介质基板本身也有一定有引向作用。

本发明通过合理设置主谐振介质与引向谐振介质之间的距离、馈电探针的长度以及主谐振介质内壁与馈电探针之间的缝隙尺寸，使天线的阻抗匹配性能达到最佳。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例一的天线立体结构图；

图1.1是本发明优选实施例一的天线俯视图；

图1.2是本发明优选实施例一的天线侧视图；

图2是本发明优选实施例二的天线立体结构图；

图3是本发明优选实施例三的天线立体结构图；

图4是本发明对比例一的天线立体结构图；

图5是本发明对比例二的天线立体结构图；

图6是本发明实施例一、实施例二、实施例三与对比例一、对比例二的天线在工作频带内的增益曲线图。

图7是本发明实施例一、实施例二、实施例三与对比例一、对比例二的天线的辐射方向图；

图8是本发明实施例一、实施例二、实施例三与对比例一、对比例二的天线的S参数曲线图(其中实施例一的天线位于10GHz附近的谐振点的S曲线未完全示出，可参考图9～图11)；

图9是实施例一在不同的主谐振介质与引向谐振介质距离(s2)条件下的S参数扫描曲线图；

图10是实施例一在不同的馈电探针高度(h3)条件下的S参数扫描曲线图；

图11是实施例一在不同的主谐振介质内半径(r1)条件下的S参数扫描曲线图。

图中：1-金属介质基板，2-主谐振介质，3-引向谐振介质，4-馈电探针，5-金属柱队列，51-金属柱，6-金属贴片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1及图1.1、图1.2的实施例一的高增益定向辐射介质谐振器天线，包括矩形的金属介质基板1，金属介质基板板面上与长边平行的方向即Y轴向为纵向，而与其短边平行的方向即X轴向为横向，金属介质基板板面上设置有主谐振介质2与引向谐振介质3，主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向偏离金属介质基板几何中心，引向谐振介质3与主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向排列，主谐振介质2与引向谐振介质3之间沿金属介质基板纵向中轴线方向保持有间隙，主谐振介质为圆筒形结构，主谐振介质的内筒中设置有馈电探针4，金属介质基板两纵向边缘处分别设置有一组沿纵向排列的金属柱队列5，每一组金属柱队列5包括16根间距设置的金属柱51。

实施例一中，主谐振介质2与引向谐振介质3相背的一侧柱面上设置有金属贴片6。

实施例一中，金属柱队列5沿金属介质基板横向方向与引向谐振介质3及主谐振介质2相对。

实施例一中，主谐振介质与引向谐振介质均为带内筒的圆筒状结构，主谐振介质与引向谐振介质的材质均为陶瓷，金属介质基板的材质为铜。

参见图1.1及图1.2，实施例一中的天线各部件及部位的尺寸如表1：

表1

参见图2的实施例二的高增益定向辐射介质谐振器天线，包括矩形的金属介质基板1，金属介质基板板面上设置有主谐振介质2与引向谐振介质3，主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向偏离金属介质基板几何中心，引向谐振介质3与主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向排列，主谐振介质2与引向谐振介质3之间沿金属介质基板纵向中轴线方向保持有距离，主谐振介质为圆筒形结构，主谐振介质的内筒中设置有馈电探针4，金属介质基板两纵向边缘处分别设置有一组金属柱队列5，每一组金属柱队列5包括26根间距设置的金属柱51。

实施例二中，主谐振介质2与引向谐振介质3相背的一侧柱面上设置有金属贴片6。

实施例二中，金属柱队列5沿金属介质基板横向方向与引向谐振介质3及主谐振介质2相对。

实施例二中，主谐振介质与引向谐振介质均为带内筒的圆筒状结构，主谐振介质与引向谐振介质的材质均为陶瓷，金属介质基板的材质为铜。

参照图1.1与图1.2，实施例二中的天线各部件及部位的尺寸如表2：

表2

参见图3的实施例三的高增益定向辐射介质谐振器天线，包括矩形的金属介质基板1，金属介质基板板面上设置有主谐振介质2与引向谐振介质3，主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向偏离金属介质基板几何中心，引向谐振介质3与主谐振介质2沿金属介质基板纵向方向排列，主谐振介质2与引向谐振介质3之间沿金属介质基板纵向中轴线方向保持有距离，主谐振介质为圆筒形结构，主谐振介质的内筒中设置有馈电探针4，金属介质基板两纵向边缘处分别设置有一组金属柱队列5，每一组金属柱队列5包括11根间距设置的金属柱51。

实施例三中，主谐振介质2与引向谐振介质3相背的一侧柱面不设置金属贴片。

实施例三中，金属柱队列5沿金属介质基板横向方向与引向谐振介质3及主谐振介质2相对。

实施例三中，主谐振介质与引向谐振介质均为带内筒的圆筒状结构，主谐振介质与引向谐振介质的材质均为陶瓷，金属介质基板的材质为铜。

参照图1.1与图1.2，实施例三中的天线各部件及部位的尺寸如表3：

表3

参见图4的对比例一的天线，对比例一的天线不设置金属柱与引向谐振介质，其余结构、尺寸与实施例三相同。

参见图5的对比例二的天线，对比例二的天线不设置金属柱，其余结构、尺寸与实施例三相同。

对于实施例一、实施例二、实施例三与对比例一、对比例二所提出的天线，本申请的发明人进行了仿真与计算，五种天线的工作模式均为TM_01δ模式(TM_01δ模式为全向工作模式)，获得了五种天线在TM_01δ模式下的各种参数与性能曲线图如图6～图8。

从图6可以看出，对比例一、对比例二、实施例三的增益依次稳步提升，且实施例三相对于对比例一、对比例二的增益整体提升较大，工作频带内的增益曲线有两个峰值，对应频率分别为7.5GHz和11.5GHz左右。实施例二与实施例一的天线在工作频带内的增益相对于实施例三有进一步的提升，且实施例一的天线在7.69GHz-11.61GHz的工作频带内，增益从8.04dBi增加到10.87dBi，最高增益对应的频率为11.2GHz，而天线的总辐射效率在频带内最低为86.1％，最高可达98.5％。

图7显示了实施例一、实施例二、实施例三与对比例一、对比例二的天线的辐射特性，图7(a)为五种天线的直角坐标系示意图，图7(b-1)为对比例一的天线在俯仰面(图7a中的xoz面)内的方向图，图7(b-2)为对比例一的天线在水平面(图7a中的xoy面)内的方向图，图7(c-1)为对比例二的天线在俯仰面内的方向图，图7(c-2)为对比例二的天线在水平面内的方向图，图7(d-1)为实施例三的天线在俯仰面内的方向图，图7(d-2)为实施例三的天线在水平面内的方向图，图7(e-1)为实施例二的天线在俯仰面内的方向图，图7(e-2)为实施例二的天线在水平面内的方向图，图7(f-1)为实施例一的天线在俯仰面内的方向图，图7(f-2)为实施例一的天线在水平面内的方向图。

从图7(b-1)及图7(b-2)可以看出，对比例一的天线在频带内的三个频点处的最大增益分别是4.83dBi、4.83dBi、5.32dBi，俯仰面内最大辐射方向分别是54°、61°、62°，对比例一的天线在工作频带内，辐射方向并不是都指向前方，在中频处，在水平面内各个方向的辐射都比较大，方向性并不明显。

从图7(c-1)及图7(c-2)可以看出，对比例二的天线在频带内的三个频点处的最大增益分别是5.23dBi、4.7dBi、6.6dBi，俯仰面内最大辐射方向分别是54°、60°、62°。可以看到，对比例二的天线在工作频带内，最大辐射方向指向天线前方两侧，而在中频处，最大辐射指向天线的后方，因此方向性并不好。

从图7(d-1)及图7(d-2)可以看出，实施例三的天线在频带内的三个频点处的最大增益分别是5.59dBi、5.1dBi、9.42dBi，俯仰面内最大辐射方向分别是53°、56°、61°，相对于对比例一与对比例二增益相对于对比例一与对比例二有了较大幅度的提高，另外，对比图7(b-1)～图7(d-2)中可以看出，实施例三的天线相对于对比例一与对比例二在工作频带内指向性得到了提高。

从图7(e-1)及图7(e-2)可以看出，实施例二的天线在频带内的三个频点处的最大增益分别是8.7dBi、9.26dBi、10.3dBi，俯仰面内最大辐射方向分别是53°、56°、61°。相对于实施例三及对比例一、对比例二，实施例二的增益大大提高，最大增益可达10.3dBi。对比图7(d-1)及图7(d-2)可以看出，相对于实施例三，实施例二的天线在工作频带内，天线的副瓣大大减小，且背瓣有所收敛，方向性进一步提高。

从图7(f-1)及图7(f-2)可以看出，实施例一的天线在频带内的三个频点处的最大增益分别是8.06dBi、10.1dBi、10.4dBi，对应的最大辐射角度分别是53°、57°、60°。增益相对于实施例二进一步提高，对应的3dB波束宽度分别是96.9°、65.5°、67.5°，天线的方向性显著提升。

由图8可以看出，实施例三与对比例一、对比例二所提出的天线的阻抗带宽都比较接近，工作频带内有两个比较明显的谐振点，分别出现在7.6GHz处和10.8GHz处，因此实施例三在不影响工作频带的情况下，定向性比对比例一及对比例二更好，增益更高，而实施例二的天线的阻抗特性由于金属贴片的加入，变化比较剧烈，主要是由于金属贴片就在主谐振介质的表面，对介质的主要工作模式产生了扰动，使得辐射特性不再对称，即定向性更好，能量能更加集中的辐射向期望的方向，也就是天线的一侧，同时，相比于前三者，实施例二的天线增益更高。实施例一在实施例二的基础上对天线尺寸(主谐振介质与引向谐振介质之间的间距、两者的内外半径尺寸和高度尺寸等，具体见表1与表2)作了优化调动，另外对金属柱的数量和位置进行了优化调动，从图6可以看出，实施例一的天线可用频段为7.69GHz-11.61GHz，带宽为3.92GHz，相对带宽为40.6％，在带内有两个比较明显的谐振点，分别是8.0GHz和10.06GHz，拓展了带宽的同时改善了带内的匹配情况。

为了进一步验证主谐振介质与引向谐振介质之间的距离、馈电探针长度及主谐振介质内径对天线性能的影响，本申请的发明人进一步以实施例一为基础，分别设计不同的主谐振介质与引向谐振介质距离、不同的馈电探针长度及不同的主谐振介质内半径值，并对天线进行了仿真测试，得到图9～图11的S参数扫描曲线图。

图9所示为主谐振介质与引向谐振介质的间距s2对天线阻抗带宽的影响。从图9中可以看出，间距对于带宽的影响不是很大，只是影响了匹配的效果。实际上，间距这个参数对天线来说是至关重要的。当两个介质的距离太远，主谐振介质辐射的场在没有到达引向谐振介质之前就会衰减，两介质的耦合明显变小，从而使得引向谐振介质的引向作用难以发挥；而当两个介质之间的距离太近，天线的方向图带宽又会很明显的变小，在阻抗带宽内的个别频段上，天线的辐射方向图会发生分叉，因此，实施例一中选取s2等于9时，天线阻抗匹配性最佳。

图10显示了馈电探针的高度对天线工作频带的影响。可以看出，高度从6mm增加到9mm的过程中，天线的阻抗带宽逐渐变小，阻抗匹配逐渐变差。即使探针高度在一个比较小的范围内变化，天线的工作频带也会发生剧烈的变化。实施例一中当探针的高度为6mm时，阻抗匹配达到最佳。

从图11中可以看出，天线在工作频带内存在两个谐振点，而主谐振介质内半径r1这一参数主要影响高频率谐振点处的阻抗匹配特性，主谐振介质内半径从1.0mm增加到1.6mm的过程中，天线的频带整体向高频处移动，实施例一中当主谐振介质内半径等于1.0mm时，阻抗匹配最佳。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。