阅读说明：本技术 一种八分之一球壳形介质谐振器天线 (One-eighth spherical shell-shaped dielectric resonator antenna ) 是由 郑宏兴 高彬 王辂 王蒙军 李尔平 于 2020-05-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种八分之一球壳形介质谐振器天线,包括介质基板、第一辐射单元、第二辐射单元、第一微带馈线、第一介质贴片、第二介质贴片、接地面和第二微带馈线；介质基板的上表面印刷有第一微带馈线和第二微带馈线；第一微带馈线一端与介质基板的底边连接,另一端连接于第二微带馈线的中心；第一辐射单元和第二辐射单元的顶部连接,底部放置于介质基板的上表面,两者对称设置；第一辐射单元和第二辐射单元内表面的中轴线上分别贴有和第二介质贴片；第二微带馈线的两端分别与第一介质贴片和第二介质贴片的端部连接。本天线采用两块八分之一球壳形辐射单元,其摆放方式随意,可通过不同的摆放方式调整天线的辐射方向。(The invention discloses an eighth spherical shell-shaped dielectric resonator antenna, which comprises a dielectric substrate, a first radiating unit, a second radiating unit, a first microstrip feeder line, a first dielectric patch, a second dielectric patch, a ground plane and a second microstrip feeder line, wherein the first radiating unit is arranged on the dielectric substrate; the upper surface of the medium substrate is printed with a first microstrip feeder line and a second microstrip feeder line; one end of the first microstrip feeder line is connected with the bottom edge of the dielectric substrate, and the other end of the first microstrip feeder line is connected with the center of the second microstrip feeder line; the top parts of the first radiation unit and the second radiation unit are connected, the bottom parts of the first radiation unit and the second radiation unit are placed on the upper surface of the medium substrate, and the first radiation unit and the second radiation unit are symmetrically arranged; the central axis of the inner surfaces of the first radiation unit and the second radiation unit is respectively stuck with a second medium patch; and two ends of the second microstrip feeder line are respectively connected with the end parts of the first dielectric patch and the second dielectric patch. The antenna adopts two one-eighth spherical shell-shaped radiating units, the placing mode is random, and the radiation direction of the antenna can be adjusted through different placing modes.)

一种八分之一球壳形介质谐振器天线

技术领域

本发明涉及通信领域，具体是一种八分之一球壳形介质谐振器天线。

背景技术

近年来，无线通信应用越来越广泛，终端设备也呈现多样化的发展趋势。天线作为无线通信系统中收发信号的重要组成部分，对其效率、增益、方向性、带宽等各项性能指标及其材料和便携性提出了越来越高的要求，以便能够适应不同的环境。

由于DRA(介质谐振器天线)没有表面波损耗，当损耗正切角足够小时，DRA在低频和高频均能保持很高的辐射效率。同时，相比其他天线来说，DRA具有很多明显的优势：

(1)从结构上来说DRA属于三维立体结构，其介质谐振器形状设计灵活，比较典型的有矩形、圆柱和圆台等形状。

(2)为了满足某些特定的要求，可以灵活的调节介电常数，再通过调节尺寸和形状来最终得到满足要求的介质谐振器天线。

(3)DRA具有多种馈电方式，例如，微带直接馈电、同轴探针馈电、共面波导馈电和缝隙耦合馈电等方式。

(4)DRA无金属表面，其表面波损耗极小，除了接地面有反射板之外，其余表面均为辐射面，辐射效率极高。

(5)DRA本身尺寸相对较小，重量相对较轻，加工比较方便，且易于其他平面电路集成。

因此，DRA在很多通信系统和设备中得到了应用。

现在5G技术越加成熟，设计一款能够应用于5G系统的介质谐振器天线很有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种八分之一球壳形介质谐振器天线。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种八分之一球壳形介质谐振器天线，其特征在于该天线包括介质基板、第一辐射单元、第二辐射单元、第一微带馈线、第一介质贴片、第二介质贴片、接地面和第二微带馈线；

所述介质基板的上表面印刷有第一微带馈线和第二微带馈线；第一微带馈线一端与介质基板的底边连接，另一端连接于第二微带馈线的中心位置处；第一微带馈线和第二微带馈线之间的夹角为θ；第一辐射单元和第二辐射单元的顶部连接，底部放置于介质基板的上表面，两者对称设置；第一辐射单元内表面的中轴线上贴有第一介质贴片，第一介质贴片的末端与介质基板的上表面接触；第二辐射单元内表面的中轴线上贴有第二介质贴片，第二介质贴片的末端与介质基板的上表面接触；第二微带馈线的两端分别与第一介质贴片和第二介质贴片的端部连接；所述接地面印刷在介质基板的下表面。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1、本发明采用两块八分之一球壳形辐射单元，其放置位置只要对称放置，并在一条直线上，且其相应的球心位于介质基板中心，其直线与oy方向的角度可在30°-90°这之间随意摆放，增加了天线的灵活性。

2、本辐射单元为球壳形，厚度很薄。与球体形辐射单元相比，大大节省了介质材料，节约了成本，还减小了天线的体积。

3、通过增加一个相同的辐射单元，大大增加了天线的工作带宽，工作带宽满足5G的两个频段。

4、通过调整天线辐射单元的摆放方式，可以控制天线的辐射方向。天线的能量会从两个球壳的夹缝中辐射出去。

5、天线的工作带宽较宽，这样可在一定程度上容忍加工误差产生的频带偏移，保证了信号的完整性，性能稳定。

6、本发明天线结构简单，性能稳定，辐射模式可调。

附图说明

图1是本发明整体结构立体示意图；

图2是本发明的不同θ值的天线反射系数仿真图；

图3是本发明实施例1的天线水平面辐射方向图(θ＝30°)；

图4是本发明实施例1的天线竖直面辐射方向图(θ＝30°)；

图5是本发明实施例2的天线水平面辐射方向图(θ＝60°)；

图6是本发明实施例2的天线竖直面辐射方向图(θ＝60°)；

图7是本发明实施例3的天线水平面辐射方向图(θ＝90°)；

图8是本发明实施例3的天线竖直面辐射方向图(θ＝90°)。

图中：1、介质基板；2、第一辐射单元；3、第二辐射单元；4、第一微带馈线；5、第一介质贴片；6、第二介质贴片；7、接地面；8、第二微带馈线。

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种八分之一球壳形介质谐振器天线(参见图1，简称天线)，其特征在于该天线包括介质基板1、第一辐射单元2、第二辐射单元3、第一微带馈线4、第一介质贴片5、第二介质贴片6、接地面7和第二微带馈线8；

所述介质基板1的上表面印刷有第一微带馈线4和第二微带馈线8；第一微带馈线4沿oy方向，其一端与介质基板1的底边连接，射频信号由此端馈入，另一端连接于第二微带馈线8的中心位置处；第一微带馈线4和第二微带馈线8之间的夹角为θ；第一辐射单元2和第二辐射单元3的顶部连接，底部放置于介质基板1的上表面，两者对称设置；第一辐射单元2内表面的中轴线上贴有一块弯曲的第一介质贴片5，第一介质贴片5的末端与介质基板1的上表面接触；第二辐射单元3内表面的中轴线上贴有一块弯曲的第二介质贴片6，第二介质贴片6的末端与介质基板1的上表面接触；第二微带馈线8的两端分别与第一介质贴片5和第二介质贴片6的端部连接；所述接地面7印刷在介质基板1的下表面。

所述第一辐射单元2和第二辐射单元3均采用八分之一球壳形结构，两者的尺寸和形状完全相同；两个球壳形结构顶部的尖端连接，底部的平面放置于介质基板1的上表面。

第一微带馈线4的中轴线与介质基板1的中轴线共线。

第一介质贴片5的中轴线、第二介质贴片6的中轴线与第二微带馈线8的中轴线共平面。

两个球壳结构所在的球心与介质基板1上表面的中心重合。

介质基板1的中心、第二微带馈线8的中心以及第一辐射单元2和第二辐射单元3顶部的连接点三点共线，且此直线垂直于介质基板1。

接地面7的长宽与介质基板1的长宽相同。θ的取值范围是30°-90°。

介质基板1采用相对介电常数为4.4的玻璃纤维环氧树脂覆铜板(FR-4)。

第一辐射单元2和第二辐射单元3均采用相对介电常数为3.55的Rogers RO4003。

为了与第一介质贴片5和第二介质贴片6更好的连接，第二微带馈线8的两端可以设计成弧线，其弧度与第一辐射单元2和第二辐射单元3内表面的弧度一致。

实施例1

本实施例的介质基板1的尺寸为66mm×66mm×0.8mm，采用相对介电常数为4.4的玻璃纤维环氧树脂覆铜板(FR-4)。

第一辐射单元2和第二辐射单元3的形状为八分之一球壳形结构，外径为17.5mm，内径为16.5mm，厚度为1mm，材料Rogers RO4003。

第一介质贴片5和第二介质贴片6的长宽均为15.8mm×3.3mm。

本实施例中第一微带馈线4和第二微带馈线8之间的夹角θ＝30°。第一微带馈线4的长宽为33mm×1.5mm。第二微带馈线8设计为直角梯形，上底为30.2mm，下底32.8mm，高为1.5mm。

接地面7的长宽与介质基板1的长宽相同。

工作时，射频信号从第一微带馈线4的底端馈入，并传递给第一介质贴片5和第二介质贴片6，借此可激发第一辐射单元2和第二辐射单元3的谐振模式。

由图3和图4可以看出，实施例1中天线的最大辐射方向为120°和-60°，与θ都相差90°，天线的能量大都从两个辐射单元的夹缝中辐射出去。

实施例2

本实施例与实施例1均相同，区别在于：第一微带馈线4和第二微带馈线8之间的夹角不同，相应的第一辐射单元2和第二辐射单元3的摆放位置也相应的改变。本实施例中第一微带馈线4和第二微带馈线8之间的夹角θ＝60°。第一微带馈线4的长宽为33mm×1.5mm。第二微带馈线8设计为直角梯形，上底为31.7mm，下底32.6mm，高为1.5mm。

由图5和图6可以看出，实施例2中天线的最大辐射方向为150°和-30°，与θ都相差90°，天线的能量大都从两个辐射单元的夹缝中辐射出去。

实施例3

本实施例与实施例1均相同，区别在于：第一微带馈线4和第二微带馈线8之间的夹角不同，相应的第一辐射单元2和第二辐射单元3的摆放位置也相应的改变。本实施例中第一微带馈线4和第二微带馈线8之间的夹角θ＝90°。第一微带馈线4的长宽为33mm×1.5mm。第二微带馈线8为矩形，长为32.25mm，宽为1.5mm。

由图7和图8可以看出，实施例3中天线的最大辐射方向为180°和0°，与θ都相差90°，天线的能量大都从两个辐射单元的夹缝中辐射出去。

由图2可以看出，当θ分别取30°、60°和90°时，天线的工作频带始终可以满足5G系统的天线带宽(3.3-3.6GHz，4.8-5.0GHz)。

由图3-图8可知，随着两个辐射单元的摆放角度的改变，辐射方向也跟着改变。

由天线结构对称性可以得到，当-30°>θ>-90°时天线的反射系数与30°<θ<90°时的反射系数相同，辐射方向关于yoz面对称。

其他θ值的天线结果可由此处数据进行建模仿真得到。

本发明未述及之处适用于现有技术。