一种介质谐振器天线的辐射零点构造方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种介质谐振器天线的辐射零点构造方法。采用特征模分析方法确定自由空间中第一介质块以及在第一介质块背景媒质中的第二介质块的谐振频率。将第二介质块嵌入第一介质块中，采用子结构特征模分析方法获得第一特征模式信息、第二特征模式信息。判断第一特征模式信息和第二特征模式信息是否具备在特定频点完成辐射对消的可能。判断第一特征模式信息和第二特征模式信息是否能够形成辐射对消的模式对。获得第三特征模式信息，通过修改第一介质块和/或第二介质块的参数和/或相对位置，使得第三特征模式信息中在所需的辐射零点频率构造出辐射零点。本发明专利技术仅需通过修改辐射结构本身即可获得频率可控的辐射零点，有助于提升滤波天线的性能。助于提升滤波天线的性能。助于提升滤波天线的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种介质谐振器天线的辐射零点构造方法及装置


[0001] 本专利技术涉及一种介质谐振器天线（dielectric resonator antenna，DRA）。

技术介绍

[0002]滤波器的传输零点（transmission zero）是指一个频率，在该频率处滤波器的传输函数等于零，即在该频率处任何信号都不能通过滤波器。
[0003]滤波天线（filtering antenna）是滤波器与天线的结合。滤波天线具有与滤波器相似的特性。辐射零点（radiation zero）是指滤波天线在某一频率处既不接收、也不辐射信号，表现为对该频率点输入信号形成强反射（类似滤波器的传输零点），且在该频点的辐射增益很低。介质谐振器天线是一种滤波天线，通常用于微波及更高频段。
[0004]现有的介质谐振器天线构造、设计辐射零点依赖于定性分析及扫参（扫描参数）试错，虽可直观地表征辐射零点的产生原理，但缺少具有说服力及指导性的定量分析，这使得相关设计方法的效率较低、通用性较差。
[0005]一种现有的介质谐振器天线构造辐射零点的方法是：以介质谐振器天线结构的多个固有的电磁谐振模式为基础，通过模式辐射对消、或辐射模与非辐射模间的强耦合在特定频段构造辐射零点。从电磁理论来讲，常见金属及介质结构都有多个固有的电磁谐振模式。单一的电磁谐振模式表现为在特定频率、特定电磁场分布下，谐振系统的电储能与磁储能形成内部守恒的状态，在系统内部电磁场的不断振荡中完成内部电、磁能量的转化。该方法的不足在于对多个电磁谐振模式的操控手段有限，且缺少有效手段来监测各电磁谐振模式的变化并表征其间的相互作用，这使得该方法所构造的辐射零点自由度受限，即辐射零点的频率不能自由设计。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是解决滤波天线中辐射零点的设计自由度不足及构造困难的问题，提出了一种基于介质嵌套的介质谐振器天线的辐射零点构造方法，并开发出了基于子结构特征模分析的设计理论。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种介质谐振器天线的辐射零点构造方法，包括如下步骤。步骤S1：采用特征模分析方法确定自由空间中第一介质块的谐振频率以及在第一介质块背景媒质中的第二介质块的谐振频率，通过调整第一介质块的形状和/或尺寸使其谐振频率落在所需工作频带内，通过调整第二介质块的形状和/或尺寸使其谐振频率尽量接近于所需的辐射零点频率。步骤S2：将第二介质块嵌入第一介质块中，采用子结构特征模分析方法以第一介质块为主谐振体、第二介质块为加载体进行分析，获得第一介质块的子结构特征模信息，称为第一特征模式信息；还以第二介质块为主谐振体、第一介质块为加载体进行分析，获得第二介质块的子结构特征模信息，称为第二特征模式信息。步骤S3：判断第一特征模式信息和第二特征模式信息是否具备在特定频点完成辐射对消的可能；如果是，进入步骤S4；如果否，回到步骤S1修改第一介质块和/或第二介质块的形状、尺
寸、和/或介电常数。步骤S4：判断第一特征模式信息和第二特征模式信息是否能够形成辐射对消的模式对；如果是，进入步骤S5；如果否，回到步骤S1修改第一介质块和/或第二介质块的形状、尺寸、和/或介电常数。步骤S5：对所述第二介质块嵌入第一介质块的结构采用子结构特征模分析方法以介质谐振器整体为主谐振体进行分析，获得介质谐振器整体的特征模式信息，称为第三特征模式信息；通过修改第一介质块和/或第二介质块的形状、尺寸、介电常数、和/或相对位置，使得第三特征模式信息中在所需的辐射零点频率构造出辐射零点。
[0008]进一步地，所构造的辐射零点的频率由第二介质块的尺寸决定。
[0009]进一步地，所述步骤S3中，如果同时满足以下三个条件，则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息具备在特定频点完成辐射对消的可能；否则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息不具备在特定频点完成辐射对消的可能。条件一：第一特征模式信息中的第一模式谐振频率和第二特征模式信息中的第二模式谐振频率相近，且第一特征模式信息在第一模式谐振频率附近的第一模式重要性系数及第一模式权重系数都≥0.6的频段与第二特征模式信息在第二模式谐振频率附近的第二模式重要性系数及第二模式权重系数都≥0.6的频段有重叠。条件二：第一特征模式信息和第二特征模式信息的电流分布不具备正交性。条件三：第一特征模式信息和第二特征模式信息的方向图都在天线预定的目标辐射方向有≥3dB的方向性系数。
[0010]进一步地，所述步骤S3中，采用子结构特征模分析方法对第一特征模式信息通过第一模式重要性系数与第一模式激励系数计算出第一模式权重系数，还对第二特征模式信息通过第二模式重要性系数与第二模式激励系数计算出第二模式权重系数，基于第一特征模式信息和第二特征模式信息的谐振频率、重要性系数、权重系数，同时参考由这两个模式的场分布绘制的电流矢量图及方向图进行判断。
[0011]进一步地，所述步骤S4中，如果同时满足以下两个条件，则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息能够形成辐射对消的模式对；否则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息暂时不能形成辐射对消的模式对。条件四：第一特征模式信息的电流矢量图和第二特征模式信息的电流矢量图具有相似性；当第一模式电流和第二模式电流的相位同步时，如果两幅电流矢量图的同向矢量交叠区域的体积＞反向矢量交叠区域，且同向矢量交叠区域的场值均值＞反向矢量交叠区的场值均值，判定为两者具有相似性；否则判定为两者不具有相似性。条件五：第一特征模式信息的方向图和第二特征模式信息的方向图具有相似性；如果两幅方向图的最大辐射方向相同、或两幅方向图的最大辐射方向的半功率波束宽度重合率≥80%，判定为两者具有相似性；否则判定为两者不具有相似性。
[0012]可选地，所述步骤S3中，将条件二改为与条件四相同。
[0013]进一步地，在步骤S5之后还包括步骤S6：以探针及同轴接头于第一介质块的侧壁对介质谐振器整体进行激励；调整以下参数的一种或多种——探针的长度、探针与第一介质块的接触位置、同轴接头与第一介质块的接触位置——以满足阻抗匹配要求。
[0014]优选地，第二介质块的介电常数是第一介质块的10倍以上。这样当第二介质块嵌入第一介质块后，两者的相交体积较小时，仍能确保第二介质块块处于强谐振状态，以此保证二者部分嵌套后，第二介质块原本的谐振特性不会变化。
[0015]进一步地，所述步骤S2中，如果第二介质块嵌入第一介质块的结构中，两者的相交
体积≤第二介质块的体积的10%，则将第二特征模式信息的获取方式改为对第二介质块在自由空间中采用子结构特征模分析方法以第二介质块为主谐振体、自由空间为加载体来进行分析，获得第二介质块的子结构特征模信息，称为第二特征模式信息。
[0016]本专利技术还公开了一种介质谐振器天线的辐射零点构造装置，包括介质块设计单元、嵌入分析单元、可能性预判单元、辐射对消形成单元、辐射零点构造单元。所述介质块设计单元用来采用特征模分析方法确定自由空间中第一介质块的谐振频率、以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介质谐振器天线的辐射零点构造方法，其特征是，包括如下步骤；步骤S1：采用特征模分析方法确定自由空间中第一介质块的谐振频率以及在第一介质块背景媒质中的第二介质块的谐振频率，通过调整第一介质块的形状和/或尺寸使其谐振频率落在所需工作频带内，通过调整第二介质块的形状和/或尺寸使其谐振频率尽量接近于所需的辐射零点频率；步骤S2：将第二介质块嵌入第一介质块中，采用子结构特征模分析方法以第一介质块为主谐振体、第二介质块为加载体进行分析，获得第一介质块的子结构特征模信息，称为第一特征模式信息；还以第二介质块为主谐振体、第一介质块为加载体进行分析，获得第二介质块的子结构特征模信息，称为第二特征模式信息；步骤S3：判断第一特征模式信息和第二特征模式信息是否具备在特定频点完成辐射对消的可能；如果是，进入步骤S4；如果否，回到步骤S1修改第一介质块和/或第二介质块的形状、尺寸、和/或介电常数；步骤S4：判断第一特征模式信息和第二特征模式信息是否能够形成辐射对消的模式对；如果是，进入步骤S5；如果否，回到步骤S1修改第一介质块和/或第二介质块的形状、尺寸、和/或介电常数；步骤S5：对所述第二介质块嵌入第一介质块的结构采用子结构特征模分析方法以介质谐振器整体为主谐振体进行分析，获得介质谐振器整体的特征模式信息，称为第三特征模式信息；通过修改第一介质块和/或第二介质块的形状、尺寸、介电常数和/或相对位置，使得第三特征模式信息中在所需的辐射零点频率构造出辐射零点。2.根据权利要求1所述的介质谐振器天线的辐射零点构造方法，其特征是，所构造的辐射零点的频率由第二介质块的尺寸决定。3.根据权利要求1所述的介质谐振器天线的辐射零点构造方法，其特征是，所述步骤S3中，如果同时满足以下三个条件，则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息具备在特定频点完成辐射对消的可能；否则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息不具备在特定频点完成辐射对消的可能；条件一：第一特征模式信息中的第一模式谐振频率和第二特征模式信息中的第二模式谐振频率相近，且第一特征模式信息在第一模式谐振频率附近的第一模式重要性系数及第一模式权重系数都≥0.6的频段与第二特征模式信息在第二模式谐振频率附近的第二模式重要性系数及第二模式权重系数都≥0.6的频段有重叠；条件二：第一特征模式信息和第二特征模式信息的电流分布不具备正交性；条件三：第一特征模式信息和第二特征模式信息的方向图都在天线预定的目标辐射方向有≥3dB的方向性系数。4.根据权利要求3所述的介质谐振器天线的辐射零点构造方法，其特征是，所述步骤S3中，采用子结构特征模分析方法对第一特征模式信息通过第一模式重要性系数与第一模式激励系数计算出第一模式权重系数，还对第二特征模式信息通过第二模式重要性系数与第二模式激励系数计算出第二模式权重系数，基于第一特征模式信息和第二特征模式信息的谐振频率、重要性系数、权重系数，同时参考由这两个模式的场分布绘制的电流矢量图及方向图进行判断。5.根据权利要求1所述的介质谐振器天线的辐射零点构造方法，其特征是，所述步骤S4
中，如果同时满足以下两个条件，则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息能够形成辐射对消的模式对；否则判定为第一特征模式信息和第二特征模式信息暂时不能形成辐射对消的模式对；条件四：第一特征模式信息的电流矢量图和第二特征模式信息的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马伯远，周建华，黄少德，任振，
申请(专利权)人：上海霍莱沃电子系统技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：