基于介质谐振器的增加带宽的天线结构及电子设备
阅读说明：本技术 基于介质谐振器的增加带宽的天线结构及电子设备 (Dielectric resonator-based antenna structure for increasing bandwidth and electronic equipment ) 是由 赵伟 唐小兰 戴令亮 谢昱乾 于 2021-06-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于介质谐振器的增加带宽的天线结构及电子设备,包括介质谐振器和辐射体,所述介质谐振器的形状为圆柱体形,所述辐射体设置于所述介质谐振器的顶面上；所述介质谐振器的工作模式为HEM-(12)模式,所述辐射体的工作模式为TM模式；所述介质谐振器的底面半径为3mm,高度为3mm,介电常数为21。本发明可在保证高增益的同时增加带宽。(The invention discloses an antenna structure for increasing bandwidth based on a dielectric resonator and electronic equipment, comprising the dielectric resonator and a radiating body, wherein the dielectric resonator is cylindrical, and the radiating body is arranged on the top surface of the dielectric resonator; the working mode of the dielectric resonator is HEM 12 The working mode of the radiator is a TM mode; the radius of the bottom surface of the dielectric resonator is 3mm, the height of the bottom surface of the dielectric resonator is 3mm, and the dielectric constant of the dielectric resonator is 21. The invention can increase the bandwidth while ensuring high gain.)
技术领域
本发明涉及无线通信
技术领域
，尤其涉及一种基于介质谐振器的增加带宽的天线结构及电子设备。背景技术
5G作为全球业界的研发焦点，发展5G技术制定5G标准已经成为业界共识。国际电信联盟ITU在2015年6月召开的ITU-RWP5D第22次会议上明确了5G的三个主要应用场景：增强型移动宽带、大规模机器通信、高可靠低延时通信。这3个应用场景分别对应着不同的关键指标，其中增强型移动带宽场景下用户峰值速度为20Gbps，最低用户体验速率为100Mbps。毫米波独有的高载频、大带宽特性是实现5G超高数据传输速率的主要手段。
射频链路的EIRP(等效全向辐射功率)为天线增益与芯片输出增益之和，在EIRP满足3GPP标准下，高增益的毫米波天线可以使芯片的输出功率降低，从而使芯片散热良好；另一方面高增益毫米波天线无需设计成双极化，因为天线增益高，不需要双极化来增加3dBi的增益，所以简化了设计复杂度。
由天线理论可知，高次模的圆柱体介质谐振器可以辐射出比dipole、patch、slot等常规天线更高增益方向图，采用高次模的圆柱体介质谐振器作为5G毫米波模组的基本天线单体优势大，但是它的带宽往往较窄，需要采用一些扩充带宽的手段。目前常规的扩充带宽的方法包括：1、馈两个的谐振频率相邻天线，一个是高次模式DRA(介质谐振器天线)，另外一个是其他天线，但这两个天线往往因为高耦合损失增益；2、用降低Q值原理，例如降低DRA的DK(介电常数)，但这种方法往往会使天线的体积增大，馈电复杂；3、设计双模模式的DRA，但这种方法往往使天线体积过大，或者加工工艺难，成本增加。
因此，如何在不损失DRA高次模增益条件下增加带宽成为目前有待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于介质谐振器的增加带宽的天线结构及电子设备，可在保证介质谐振器天线高增益的同时增加带宽。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于介质谐振器的增加带宽的天线结构，包括介质谐振器和辐射体，所述介质谐振器的形状为圆柱体形，所述辐射体设置于所述介质谐振器的顶面上；所述介质谐振器的工作模式为HEM12模式，所述辐射体的工作模式为TM模式；所述介质谐振器的底面半径为3mm，高度为3mm，介电常数为21。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的基于介质谐振器的增加带宽的天线结构。
本发明的有益效果在于：通过设计圆柱体的介质谐振器的尺寸和介电常数，使其可激励出高次模模式，从而提高天线增益；介质谐振器工作于HEM12模式(TM模式与TE模式的混合模式，其中TM模式占优)，通过在介质谐振器上加载工作于TM模式的辐射体，不会改变介质谐振器的HEM12模式，使得增益不变，同时增加带宽。本发明可让高次模介质谐振器天线在不降低天线增益条件下增加带宽，且天线结构简单，成本低。
附图说明
图1为本发明实施例一的基于介质谐振器的增加带宽的天线结构的结构示意图；
图2为本发明实施例一的天线结构的顶面示意图；
图3为本发明实施例一的天线结构的底面示意图；
图4为28GHz时介质谐振器的XOY面的电场分布图；
图5为28GHz时介质谐振器的ZOX面的电场分布图；
图6为28GHz时介质谐振器的XOY面的磁场分布图
图7为加载微带天线前后的天线结构的S参数示意图；
图8为加载微带天线前后的天线结构的增益曲线示意图。
标号说明：
1、介质谐振器；2、辐射体；3、介质基板；4、接地层；5、馈电缝隙；6、微带线。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，一种基于介质谐振器的增加带宽的天线结构，包括介质谐振器和辐射体，所述介质谐振器的形状为圆柱体形，所述辐射体设置于所述介质谐振器的顶面上；所述介质谐振器的工作模式为HEM12模式，所述辐射体的工作模式为TM模式；所述介质谐振器的底面半径为3mm，高度为3mm，介电常数为21。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：可在保证高增益的同时增加带宽。
进一步地，还包括介质基板和接地层，所述接地层设置于所述介质基板的一面上，所述介质谐振器设置于所述接地层上。
进一步地，所述接地层上设有馈电缝隙，所述介质谐振器覆盖所述馈电缝隙。
进一步地，所述辐射体在所述接地层上的投影与馈电缝隙相交。
进一步地，还包括微带线，所述微带线设置于所述介质基板远离所述接地层的一面上，所述微带线与所述馈电缝隙耦合。
由上述描述可知，通过缝隙耦合馈电的方式同时为介质谐振器及其上的辐射体馈电。
进一步地，所述辐射体为辐射贴片，所述辐射贴片的形状为圆形或长方形。
由上述描述可知，采用辐射贴片，可降低天线剖面。
进一步地，所述辐射体的中心点位于所述介质谐振器的轴线上。
本发明还提出一种电子设备，包括如上所述的基于介质谐振器的增加带宽的天线结构。
实施例一
请参照图1-8，本发明的实施例一为：一种基于介质谐振器的增加带宽的天线结构，可应用于5G毫米波终端或小基站。
如图1所示，包括介质谐振器1、辐射体2、介质基板3和接地层4；接地层4层叠设置于介质基板3的一面上，介质谐振器1设置于接地层4上，介质谐振器1的形状为圆柱体形，辐射体2设置于介质谐振器1的顶面上，即设置于介质谐振器1远离接地层4的一面上。
优选地，所述介质谐振器的底面半径为3mm，高度为3mm，介电常数为21。所述辐射体为辐射贴片，所述辐射贴片的形状可以为圆形或长方形。辐射体的中心点位于介质谐振器的轴线上，即辐射体位于介质谐振器的顶面中心处。
如图2所示，所述接地层4上设有馈电缝隙5，所述介质谐振器1覆盖所述馈电缝隙5。进一步地，所述辐射体2在所述接地层4上的投影与馈电缝隙5相交；优选地，辐射体2在所述接地层4上的投影也覆盖馈电缝隙5。
如图3所示，还包括微带线6，所述微带线6设置于所述介质基板3远离所述接地层的一面上，所述微带线6与所述馈电缝隙5耦合。具体地，微带线在接地层上的投影与馈电缝隙垂直相交。
本实施例中，通过缝隙耦合馈电的方式同时为介质谐振器及其上的辐射体馈电，相当于在介质谐振器天线上加载了微带天线，即本实施例中的辐射体为微带天线中的辐射体。介质谐振器通过馈电缝隙激励，可激发高次模模式，使得天线结构具有高增益特性。
对于一般高次模圆柱体DRA(介质谐振器天线)扩展带宽，外部加载辐射体是最简单的选择。本实施例中，圆柱体介质谐振器工作于HEM12模式(HEM模式意为TM与TE的混合模式，其中TM占优)，如果要在基本不损失天线增益的条件下扩充带宽，则只能选择TM模式的辐射体，这是由于如果加载的外部天线是TE模式辐射，如TE模式的微带天线，或者电偶极子等非TM模式天线，与介质谐振器天线的模式叠加后会改变介质谐振器天线辐射模式，必将减弱增益。而TM模式辐射天线一般是微带天线、磁偶极子(金属缝隙)和TM模式的圆柱体介质谐振器，从工艺、成本和体积考虑，在DRA顶部加载微带天线是最佳选择。并且，引入的微带天线，不会改变HEM12模式，使得增益不变，同时增加了带宽。
图4-6示出了介质谐振器在28GHz时的模式图HEM12，其中，图4为28GHz时介质谐振器的XOY面的电场分布图，图5为28GHz时介质谐振器的ZOX面的电场分布图，图6为28GHz时介质谐振器的XOY面的磁场分布图。对于图4-6中的坐标轴方向，圆柱体介质谐振器的底面与XOY平面平行，高度方向与Z轴方向平行。从图中可以看出，介质谐振器工作在HEM12的高次模。
图7为加载微带天线前后的天线结构的S参数示意图，从图中可以看出，加载微带天线前的天线结构仅覆盖27.5-28.5GHz，而加载微带天线后的天线结构可覆盖n257频段(26.5-29.5GHz)，增加了带宽。
图8为加载微带天线前后的天线结构的增益曲线示意图，从图中可以看出，加载微带天线前后天线结构的增益曲线基本不变，只有介质谐振器天线的增益往低偏了1个GHz，但是不影响性能。
本实施例可在不损失介质谐振器天线的天线增益的条件下增加带宽，且天线结构简单，便于加工，成本低。
综上所述，本发明提供的一种基于介质谐振器的增加带宽的天线结构及电子设备，通过缝隙耦合馈电的方式同时为介质谐振器及其上的辐射体馈电，介质谐振器通过馈电缝隙激励，可激发高次模模式，使得天线结构具有高增益特性；辐射体的工作模式与介质谐振器相近，不会改变介质谐振器的工作模式，使得增益不变，同时增加带宽。本发明可让高次模介质谐振器天线在不降低天线增益条件下增加带宽，且天线结构简单，成本低。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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