一种凹形共形介质谐振器天线制造技术

本实用新型专利技术公开了一种凹形共形介质谐振器天线，包括：介质谐振器、地板、介质基板、馈缝和馈线；所述地板与介质谐振器共形，介质谐振器固定于地板中间；介质基板上、下表面分别贴合覆盖地板和馈线；在地板中心蚀刻出馈缝；所述天线由馈线馈电，然后电磁波能量通过地板上的馈缝耦合传导至上表面的介质谐振器。本实用新型专利技术的优点在于：由于为共形结构，拥有极低的剖面，减少天线在竖直方向占用的空间大小；加工容易；穿戴结构，应用领域广泛且应用场景灵活；具有更高的增益与更窄的波束；拥有更宽的带宽。

A Concave Conformal Dielectric Resonator Antenna

【技术实现步骤摘要】
一种凹形共形介质谐振器天线
本技术涉及共形可穿戴天线
，特别涉及一种凹形共形介质谐振器天线。
技术介绍
随着无线通信技术的快速发展，人们对无线通信设备的便携性要求也越来越高，各种可穿戴设备层出不穷，这就促使无线通信设备要朝着共形化方向发展。目前为止，行业内的共形天线大多基于微带天线，该种天线采用柔性基板如：1、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚乳酸、相纸等有机柔性介质；2、毛毡、纺布等织物编织而成。其金属贴片应用柔性铜箔或者导电织物。但是，介质谐振器天线并未实际应用于低剖面共形设备中，而介质谐振器天线相比于微带天线，拥有宽带宽、高极化纯度、高设计自由度、多辐射模式等诸多有点，可以进一步满足共形系统对天线的要求。传统介质谐振器天线应用于平面，其地板平坦，且可应用镜像原理对介质谐振器天线求理论解。其中矩形介质谐振器天线应用介质波导发建模求解；圆柱介质谐振器天线多采用经验公式求解；(半)球形与椭球型介质谐振器天线由于其边界规则，可用多层介质法求严格解；三角形、扇形、环形、截断环形等介质谐振器天线多采用经验公式和腔模理论求解。共形地板上的凹形介质谐振器天线可以视为平地板上截断环形介质谐振器天线的变体，然而，传统的腔模理论因为做了过多近似，未计入介质谐振器天线外部漏波等原因，精度不佳，适用性不广。
技术实现思路
本技术针对现有技术的缺陷，提供了一种凹形共形介质谐振器天线及其工作方法，能有效的解决上述现有技术存在的问题。为了实现以上专利技术目的，本技术采取的技术方案如下：一种凹形共形介质谐振器天线，包括：介质谐振器1、地板2、介质基板3、馈缝4和馈线5；所述地板2与介质谐振器1共形，介质谐振器1固定于地板2中间，地板2材料为铜箔；介质基板3上、下表面分别贴合覆盖地板2和馈线4；在地板2中心蚀刻出馈缝4；所述天线由馈线5馈电，然后电磁波能量通过地板2上的馈缝4耦合传导至上表面的介质谐振器1。进一步地，介质谐振器1采用氧化铝陶瓷材料制成，相对介电常数9.8，其内径为17mm，厚度为4mm，弧度为60度，宽度为10mm；进一步地，介质基板3为层压板，采用FR-4材料制成，介质基板3的相对介电常数是4.4，厚度为1mm，介质基板3的弧度为90度，内径21mm，宽度20mm。进一步地，馈线5为铜微带线，馈线5宽度为2mm，馈线5超过馈缝4中心距离为4mm，馈缝4宽度1.5mm，长度5mm。与现有技术相比本技术的优点在于：1.通过分析凹形共形介质谐振器天线内场分布与边界结构，构建了精确的近似模型。2.通过采用柱面波函数，基于精确模型，理论求解得凹形共形介质谐振器天线的谐振频率与内场。3.通过采用凹形地板与凹形介质谐振器，实现了窄波束、高增益的性能。可穿戴。4.天线整体为低剖面共形结构，另采用侧向馈电，地板开缝耦合，减少天线在竖直方向占用的空间大小；地板与凹形天线共形，可应用于弯曲表面，适用于可穿戴设备；总体结构简洁，且配备了成熟的理论求解与设计方法，大大减少设计与应用难度。通过将平面天线变为凹形，缩减天线的波束宽度，获得了更高的增益；该天线基于介质谐振器天线设计，相比于传统的微带天线，拥有更宽的带宽。易于理解，可移植性强。附图说明图1是本技术实施例凹形介质谐振器天线的主视图；图2是本技术实施例凹形介质谐振器天线的后视图；图3是本技术实施例凹形介质谐振器天线的俯视图；图4是本技术的凹形介质谐振器天线(ArcDRA)与传统平面介质谐振器天线(RDRA)及凹形微带天线(ArcMPA)端口S参数曲线的对比图；图5是本技术的凹形介质谐振器天线(ArcDRA)与平面介质谐振器天线(RDRA)及凹形微带天线(ArcMPA)在谐振频点的H面(弧度向)方向图对比图；图6是本技术的凹形介质谐振器天线(ArcDRA)与平面介质谐振器天线(RDRA)及凹形微带天线(ArcMPA)在谐振频点的E面(宽度向)方向图对比图；图7是本技术的凹形介质谐振器天线的前四个模式的解析解法所得与仿真软件所得的，谐振频率随天线宽度变化曲线的对比图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并列举实施例，对本技术做进一步详细说明。一种凹形共形介质谐振器天线，包括：介质谐振器1、地板2、介质基板3、馈缝4和馈线5；所述地板2与介质谐振器1共形，介质谐振器1用环氧树脂胶水固定于地板2中间，地板2材料为铜箔。介质基板3上、下表面分别贴合覆盖地板2和馈线4；在地板2上蚀刻出的馈缝4，所述馈缝4设置于地板2中心。所述天线由馈线5馈电，然后电磁波能量通过地板2上的馈缝4耦合传导至上表面的介质谐振器1。介质谐振器1采用氧化铝陶瓷材料制成，相对介电常数9.8，其内径为17mm，厚度为4mm，弧度为60度，宽度为10mm；介质基板3为层压板，采用FR-4材料制成，介质基板3的相对介电常数是4.4，厚度为1mm，介质基板3的弧度为90度，内径21mm，宽度20mm。馈线5为铜微带线，馈线5宽度wms为2mm，馈线5超过馈缝4中心lstub为4mm，馈缝4宽度1.5mm，长度5mm。从而使该天线与馈电结构良好匹配。本技术的天线采用侧向馈电。这样做的目的是为了减少天线在竖直方向占用的空间大小。本技术的凹形共形介质谐振器天线及其理论的设计与工作原理如下：采用圆柱坐标系下的本征模方法，在单模假设的前提下，利用分离变量法求解天线的谐振频率(～7.6GHz)与内场分布。在求得天线的理论谐振模式之后，按照传统的缝隙馈电理论得到馈电结构的参数，馈缝4处为天线内磁场最大处，且方向与内磁场方向一致，使能量通过馈缝4耦合到天线中。在辐射时，该天线的辐射机制类似一个弧向放置的凹形磁偶极子，其辐射能量由于凹形结构汇聚，获得窄波束与高增益；通过构建理论模型，利用本征模方法后，该天线的工作频率可由下式求得Jm(krb)Y′m(kra)-J′m(kra)Ym(krb)＝0其中f0表示天线谐振频率，k0为自由空间波数，εr为介质块相对介电常数，μr为介质块相对磁导率，Jm(x)与Ym(x)为第一、二类贝塞尔函数，a、b为凹形介质谐振器上下弧面半径，β为介质谐振器弧度，d为介质谐振器厚度的一半，其余参数为辅助变量。该天线基于介质谐振器天线设计，相比于传统的微带天线，拥有更宽的带宽。得益于其弧形结构，给天线可应用于共形可穿戴设备。图4是本技术的凹形介质谐振器天线(ArcDRA)与传统平面介质谐振器天线(RDRA)及凹形微带天线(ArcMPA)端口S参数曲线的对比。可以看见，该凹形介质谐振器天线相比于传统的凹形微带天线具有更宽的带宽。图5是本技术的凹形介质谐振器天线(ArcDRA)与平面介质谐振器天线(RDRA)在谐振频点的H面(弧度向)方向图对比。可以看见，该凹形介质谐振器天线相比于传统的平面矩形微带天线具有更窄的波束，有明显的波束汇聚作用，有明显的波瓣零点。图6是本技术的凹形介质谐振器天线(ArcDRA)及凹形微带天线(ArcMPA)在谐振频点的E面(宽度向)方向图对比。可以看见，在相近谐振频率表，该凹形介质谐振器天线相比于传统的凹形微带天线具有高的增益。图7是本技术的凹形介质谐振器天线的前四个模式的解析解法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凹形共形介质谐振器天线，其特征在于，包括：介质谐振器(1)、地板(2)、介质基板(3)、馈缝(4)和馈线(5)；所述地板(2)与介质谐振器(1)共形，介质谐振器(1)固定于地板(2)中间，地板(2)材料为铜箔；介质基板(3)上、下表面分别贴合覆盖地板(2)和馈线(5)；在地板(2)中心蚀刻出馈缝(4)；所述天线由馈线(5)馈电，然后电磁波能量通过地板(2)上的馈缝(4)耦合传导至上表面的介质谐振器(1)。

【技术特征摘要】
1.一种凹形共形介质谐振器天线，其特征在于，包括：介质谐振器(1)、地板(2)、介质基板(3)、馈缝(4)和馈线(5)；所述地板(2)与介质谐振器(1)共形，介质谐振器(1)固定于地板(2)中间，地板(2)材料为铜箔；介质基板(3)上、下表面分别贴合覆盖地板(2)和馈线(5)；在地板(2)中心蚀刻出馈缝(4)；所述天线由馈线(5)馈电，然后电磁波能量通过地板(2)上的馈缝(4)耦合传导至上表面的介质谐振器(1)。2.根据权利要求1所述的一种凹形共形介质谐振器天线，其特征在于：介质谐振器(1)采用氧化铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘锦，马伯远，杨德强，刘贤峰，王恩浩，
申请(专利权)人：成都北斗天线工程技术有限公司，电子科技大学，
类型：新型
国别省市：四川,51