[发明专利]同轴馈电的三频介质谐振天线

说明书

技术领域

本发明涉及介质谐振天线，尤其涉及一种同轴馈电的三频介质谐振天线。

背景技术

由于无线通信技术的发展，人们对系统中必不可少的天线的各项性能的要求也日益提高，如体积更小、带宽更大、损耗更低等。但是天线的应用和发展却受到在高频段金属欧姆损耗高和低频段天线几何尺寸大这两个关键技术的限制。因此，介质谐振天线由于其良好的性能得到了广泛的关注和研究。介质谐振天线在无线通信中的应用十分广泛，例如移动终端、无线接入点、基站等各种通信设备和系统，在一些国防部感兴趣的战术系统中，比如雷达中也有广泛应用。

介质谐振天线是用高介电常数和低损耗的介质材料制成的，经常用于屏蔽微波电路中。从上个世纪70年代起，介质谐振器就开始用于屏蔽微波电路中，其一般由低损耗（tan δ =10^-4以下）、高介电常数                                               （10-100）的材料做成。当介质谐振器放在自由空间中，并在一定的激励条件下，就能制作成高效率的介质谐振天线。

介质谐振天线因为没有导体和表面波损耗，自身介质损耗小，并具有较低的辐射Q因子高效的辐射效率。它与具有相同介电常数的微带天线相比，介质谐振天线的带宽要宽的多。其设计具有灵活性，如介质谐振器的形状可以多种多样，如圆柱形，矩形等；有多种馈电机制，通过改变馈电位置可控制输入阻抗，易于匹配，且其它天线技术可以很容易地应用到介质谐振天线。同时，介电常数的选择范围很大，允许设计者灵活控制尺寸和带宽（低介电常数对应大带宽，高介电常数对应小尺寸），通过选择合适的谐振参数可以得到很宽的工作带宽，也可以同时具有多个频带。此外，相似天线之间的隔离度很好，且对附近物体引起的失谐有较好的抵抗能力；体积小又易于集成，适用于在很小的空间内设置多个天线的情况。而且，介质谐振天线对加工误差不像微带天线那样敏感，特别是在频率很高的时候。

介质谐振天线的极化方式和带宽现在仍然是研究热点。提高介质谐振天线的带宽一直是DRA研究的一大热点。DRA设计中增加带宽的方法有很多，例如堆叠结构、增加一个单元、空气缝法、负载导体带片、使用特殊形状的介质谐振器或者更好的馈电结构等。例如堆叠结构就是将两个不同的介质谐振器堆叠在一起，使每一个介质谐振器在不同的频率，两个谐振频率互相接近，从而展宽天线的带宽。在天线设计中极化特性是一个非常重要的考虑因素。在很长的一段时间内，介质谐振天线的研究主要集中在线极化介质谐振天线，但线极化天线对传输和接受的方向很敏感，此时，圆极化天线就开始受到关注，尤其在卫星通信中下面我们将简要介绍一种典型的介质谐振天线的结构及其性能指标，并以此提出本发明的内容。

中国专利CN1331856公开了一种介质谐振天线，其介质谐振器安装在由导电材料形成的地电位面上，馈源由相互分开而置第一和第二探针组成，将第一和第二探针电气耦合到谐振器，以将第一和第二信号分别提供给谐振器或从其接收所述信号，第一和第二探针由导电带形成，导电带电气连接到谐振器周围，并基本上关于地电位面垂直，第一和第二信号具有相同振幅，但是相位相差90度，以产生圆极化辐射图案。在该方案中双频带天线可通过将两个介质谐振器天线放置并连接在一起而形成。在双频带配置中的每一个谐振器以特定频率谐振，由此提供双频带工作。谐振器能够并排放置，或相互垂直放置。这样的结构使得该介质谐振天线的体积较大。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种同轴馈电的三频介质谐振天线。

一种同轴馈电的三频介质谐振天线包括介质谐振腔、金属贴片、空气谐振腔、地电位面、同轴馈源；介质谐振腔是高介电常数材料构成的介质谐振腔，介质谐振腔放置在地电位面上，介质谐振腔内部中央的上部嵌有一个空气谐振腔，空气谐振腔的内部填充介质为空气，介质谐振腔和空气谐振腔上端中央放置金属贴片，同轴馈源包括探针、介质层和外导体，探针从地电位面的下方穿过地电位面进入介质谐振腔，地电位面与探针之间为介质层，地电位面下方的介质层外设有外导体。

所述的介质谐振腔或空气谐振腔为立方体或圆柱体；金属贴片为长方形或圆形。所述的谐振腔或空气谐振腔为立方体时，同轴馈源的位置在介质谐振腔下底面平行于边长的对称轴上，此时实现线极化。所述的谐振腔或空气谐振腔为立方体时，同轴馈源的位置在介质谐振腔下底面穿过中心的一条斜线上，该斜线不与任何一条与底面边长平行的对称轴重合，此时实现圆极化。