一种介质非谐振天线制造技术

本发明专利技术公开了一种介质非谐振天线，涉及天线领域，所述介质非谐振天线包括：辐射单元和馈电单元；辐射单元基于透明的光敏树脂材料制成，并加工为锥形体；馈电单元采用同轴探针耦合馈电；同轴探针位于锥形体底面的正中心；同轴探针作为场源产生电磁波，通过调节锥形体边缘的外形或者改变锥形体边缘区域的相对介电常数，以达到控制介质非谐振天线的主辐射方向和带宽。本发明专利技术实施例的介质非谐振天线，克服了目前介质谐振天线需要激励起特定的模式进行辐射，而只能在特定频点工作的问题，十分适用于城市通信设备以及照明设备一体化的需求，不但满足了通信的需求，同时满足了城市照明和美观的需求，具有很高的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种介质非谐振天线
本专利技术涉及天线领域，特别是涉及一种介质非谐振天线。
技术介绍
随着通信行业的高速发展，各个频段使用的天线数量越来越多，所架设的天线数目相当庞大。而且人们对环境及健康意识越来越强，通信天线如何融入周边环境显得日益重要，在满足无线网络通信质量的同时，对天线进行伪装或者美化，使天线的外观与城市环境协调统一。基于上述目的，目前设计的天线与已存在物体进行共形、共体，避免天线占用额外的空间以减小系统的尺寸已成为一种城市需求趋势，特别是现在5G时代对通信覆盖区域的要求提高，天线的数量较多，若不改进，势必会影响到城市环境和美观。目前已有提出在路灯和室内照明灯内加装天线这样一种解决方案。还有提出了一种透明天线，内部中空并放置光源同时实现了照明和天线两种功能。但是上述方法，前者只是采用传统天线加装于照明系统内，不但加装受限条件较多，并且不能适用于所有照明系统；后者虽然没有前者的问题，但是因其是具有谐振特性的介质天线，导致其通常很难具有高带宽，限制了其应用和发展。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种介质非谐振天线，不但同时实现了照明和天线两种功能，同时还解决了谐振特性的介质天线带宽较低的问题。本专利技术实施例提供一种介质非谐振天线，所述介质非谐振天线包括：辐射单元和馈电单元；所述辐射单元基于透明的光敏树脂材料制成，并加工为锥形体；所述馈电单元采用同轴探针耦合馈电；所述同轴探针位于所述锥形体底面的正中心，其一端插入所述锥形体中，另一端与法兰固定；所述同轴探针作为场源，产生电磁波，通过调节所述锥形体边缘的外形或者改变锥形体边缘区域的相对介电常数，以控制所述电磁波的边界条件，以达到控制所述介质非谐振天线的主辐射方向和带宽。可选的，其特征在于，所述介质天线集成有照明系统；所述照明系统内嵌于所述锥形体的内部，所述锥形体为所述照明系统提供支撑。可选的，其特征在于，所述照明系统包括：发光二极管和电源线；所述发光二极管内嵌于所述锥形体的内部的任意位置；所述电源线的一端与所述发光二极管连接，另一端穿出所述锥形体与电源连接。可选的，其特征在于，所述辐射单元基于所述透明的光敏树脂材料，通过3D打印技术，一体成型加工为锥形体。可选的，所述辐射单元与所述馈电单元以及所述发光二极管之间，通过热熔胶固定。可选的，通过调节所述锥形体边缘的外形或者改变锥形体边缘区域的相对介电常数，使得所述介质非谐振天线的匹配效果达到更高的水平，其相对带宽达到99％。可选的，所述调节所述锥形体边缘的外形包括：整体调节所述锥形体的边界面的倾角，达到控制所述电磁波的边界条件的目的；或者，调节所述锥形体的局部边界面的倾角，达到控制所述电磁波的边界条件的目的。可选的，所述改变所述锥形体边缘区域的相对介电常数包括：整体改变所述锥形体边缘区域的相对介电常数，达到控制所述电磁波的边界条件的目的；或者，通过局部区域挖孔或者开槽以减少所述锥形体边缘的相对介电常数，达到控制所述电磁波的边界条件的目的；或者，通过局部嵌入介电常数更高的介质以增加所述锥形体边缘的相对介电常数，达到控制所述电磁波的边界条件的目的；其中，通过3D打印技术中的混合材料打印实现所述局部嵌入介电常数更高的介质以增加所述锥形体边缘的相对介电常数。可选的，所述同轴探针作为场源，在所述锥形体中激励起了进行辐射作用的模式，且由于所述锥形体尺寸的变化，使得所述锥形体各区域具有的模式不同，所述同轴探针产生的电磁波在所述锥形体锥形体斜边的表面形成表面波进行传播，使得所述介质非谐振天线的方向图不仅由所述锥形体中的模式所决定，还由所述锥形体斜边的表面传播的表面波决定。本专利技术提供的一种介质非谐振天线，辐射单元基于透明的光敏树脂材料制成，并加工为锥形体，其即为该介质非谐振天线的介质；馈电单元采用同轴探针耦合馈电，其即为该介质非谐振天线的馈源，产生电磁波；同轴探针位于锥形体底面的正中心，其一端插入锥形体中，另一端与法兰固定；同轴探针作为场源，产生电磁波，通过调节锥形体边缘的外形或者改变锥形体边缘区域的介电常数，以控制电磁波的边界条件，以达到控制介质非谐振天线的主辐射方向和带宽。本专利技术的一种介质非谐振天线，将同轴探针视为场源，其本身就可以由这个场分布来得到远场辐射方向图，而介质起到了调控这个场的作用，也就起到了调控方向图的作用。而且，同轴探针作为馈源是直接接触到介质，然后到达空气中，这个过程使电磁波由馈源传播到空气中更平滑，最终使得介质起到了改善带宽和调控方向图的作用，其克服了目前介质谐振天线需要激励起特定的模式进行辐射，而只能在特定频点工作的问题，并且整个天线制作方便、成本较低。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术实施例的介质非谐振天线的模型图；图2是本专利技术实施例的介质非谐振天线的尺寸示意图；图3是本专利技术实施例的介质非谐振天线的S参数曲线图；图4是本专利技术实施例的介质非谐振天线20GHz时的归一化方向图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本专利技术。专利技术人发现目前已有的在路灯和室内照明灯内加装天线，或者在内部中空的透明天线放置光源同时实现照明和天线两种功能的天线，前者只是采用传统天线加装于照明系统内，不但加装受限条件较多，并且不能适用于所有照明系统；后者虽然没有前者的问题，但是因其是具有谐振特性的介质天线，导致其通常很难具有高带宽，限制了其应用和发展。并且上述天线的制作工艺过程较为复杂，成本也较高。专利技术人进一步研究发现，由于介质谐振天线起源于介质波导和介质谐振器。而介质波导可以看作由介质组成的非封闭式的传输线，电磁波可以在该介质波导内部及其表面附近空间传播。介质谐振器一般由高介电常数的介质形成，通常高介电常数的介质谐振器可等效为四周为理想磁壁的结构。根据理想磁壁的边界条件可知，电磁波可在介质谐振腔中反复震荡形成电磁谐振，一旦电磁波向腔体外泄露就可能形成向天线般的辐射。一般情况下，介质波导或者介质谐振器内的模式只能在特定的频点被激励起来，当介质谐振器(或者介质波导)的模型确定了后，模式被激励起的频点也就知道了。这时馈源的作用是去激励起介质谐振器里的模式，然后根据这个模式(模式的场型分布)计算其远场的辐射方向图。又由于介质谐振器具有很高的Q值，其带宽通常很低。其作为天线辐射时(也即介质谐振天线)，其本身的谐振特性就决定了他们具有有限的带宽。针对上述问题，专利技术人经过潜心研究，结合大量的计算与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种介质非谐振天线，其特征在于，所述介质非谐振天线包括：辐射单元和馈电单元；/n所述辐射单元基于透明的光敏树脂材料制成，并加工为锥形体；/n所述馈电单元采用同轴探针耦合馈电；/n所述同轴探针位于所述锥形体底面的正中心，其一端插入所述锥形体中，另一端与法兰固定；/n所述同轴探针作为场源，产生电磁波，通过调节所述锥形体边缘的外形或者改变锥形体边缘区域的相对介电常数，以控制所述电磁波的边界条件，以达到控制所述介质非谐振天线的主辐射方向和带宽。/n

【技术特征摘要】
1.一种介质非谐振天线，其特征在于，所述介质非谐振天线包括：辐射单元和馈电单元；
所述辐射单元基于透明的光敏树脂材料制成，并加工为锥形体；
所述馈电单元采用同轴探针耦合馈电；
所述同轴探针位于所述锥形体底面的正中心，其一端插入所述锥形体中，另一端与法兰固定；
所述同轴探针作为场源，产生电磁波，通过调节所述锥形体边缘的外形或者改变锥形体边缘区域的相对介电常数，以控制所述电磁波的边界条件，以达到控制所述介质非谐振天线的主辐射方向和带宽。


2.根据权利要求1所述的介质非谐振天线，其特征在于，所述介质天线集成有照明系统；
所述照明系统内嵌于所述锥形体的内部，所述锥形体为所述照明系统提供支撑。


3.根据权利要求2所述的介质非谐振天线，其特征在于，所述照明系统包括：发光二极管和电源线；
所述发光二极管内嵌于所述锥形体的内部的任意位置；
所述电源线的一端与所述发光二极管连接，另一端穿出所述锥形体与电源连接。


4.根据权利要求1所述的介质非谐振天线，其特征在于，所述辐射单元基于所述透明的光敏树脂材料，通过3D打印技术，一体成型加工为锥形体。


5.根据权利要求3所述的介质非谐振天线，其特征在于，所述辐射单元与所述馈电单元以及所述发光二极管之间，通过热熔胶固定。


6.根据权利要求1所述的介质非谐振天线，其特征在于，通过调节所述锥形体边缘的外形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冰，朱栩毅，黄卡玛，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51