[发明专利]一种凹形共形介质谐振器天线及其工作方法

说明书

本发明公开了一种凹形共形介质谐振器天线及其工作方法，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。本发明的优点在于：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。

技术领域

本发明涉及共形可穿戴天线技术领域，特别涉及一种凹形共形介质谐振器天线及其工作方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

为了实现以上发明目的，本发明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。

本发明还公开了凹形共形介质谐振器天线的工作方法，包括：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；

进一步地，通过构建理论模型，利用本征模方法后，天线的工作频率可由下式求得