[發(fā)明專利]一種低剖面多模混合介質(zhì)諧振天線、無線通信系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN108963436B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 劉能武;田時雨;陳鑫鵬;傅光;張志亞
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/38;H01Q1/50
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領域，公開了一種低剖面多模混合天線、無線通信系統(tǒng)，金屬輻射片位于輻射介質(zhì)板的上表面空隙，金屬地板位于輻射介質(zhì)板的下表面。本發(fā)明通過混合輻射介質(zhì)板的諧振模和金屬輻射片的諧振模，有效拓展了原輻射介質(zhì)板單獨工作時的阻抗帶寬。本發(fā)明具有寬頻帶、低剖面的優(yōu)點，相對帶寬為46.9％，而剖面高度僅為0.115λ₀，且工作頻帶內(nèi)增益均大于4.4dBi，增益變化小于3.5dBi。此外，混合天線的輻射方向圖十分穩(wěn)定，具有較好的全向特性，可以滿足多種應用場合。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領域，尤其涉及一種低剖面多模混合介質(zhì)諧振天線、無線通信系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，業(yè)內(nèi)常用的現(xiàn)有技術(shù)是這樣的：無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，使人們通信系統(tǒng)中天線的各項性能指標提出了更高的要求，如天線的小型化、寬頻帶、低損耗等。雖然各種各樣的微帶天線因其低剖面、輕質(zhì)量等優(yōu)點，已經(jīng)得到了深入的研究和廣泛的應用，但是天線的應用和發(fā)展卻受到在高頻段金屬歐姆損耗高和低頻段天線幾何尺寸大這兩個關(guān)鍵技術(shù)的限制。因此，介質(zhì)諧振天線由于其良好的性能得到了廣泛的關(guān)注和研究。介質(zhì)諧振天線有其獨有的優(yōu)勢，首先，為了控制天線的尺寸和帶寬，設計者可以靈活選取介質(zhì)的介電常數(shù)；其次，天線通過整個諧振器表面進行輻射，而其自身介質(zhì)損耗又很小，因此其輻射效率很高；再者，介質(zhì)諧振天線可以激勵起多種模式，針對不同的覆蓋要求可產(chǎn)生寬邊或圓錐型的輻射模式；最后，介質(zhì)諧振天線加工簡單，成本較低，便于集成設計。然而，介質(zhì)諧振天線有一個不可忽視的缺點，由于其空氣諧振腔的存在，縱向尺寸一般較高，難以實現(xiàn)低剖面設計。2015年，電子科技大學的洪勁松等人在專利文獻CN104810606A中公開了一種寬帶介質(zhì)諧振天線，其中天線主要由矩形接地金屬板、刻有縫隙的長方體輻射介質(zhì)器、同軸探針等組成。天線工作于2.2GHz～3.52GHz頻段。但是其增益較低，且縱向尺寸很高，達到了25.5mm(0.241λ₀,λ₀為天線的中心頻點的工作波長)，不滿足低剖面要求。2015年，何艷等人在專利文獻CN104538737A中公開了一種寬頻帶低剖面全向輻射垂直線極化天線。天線由同軸接頭、金屬地板、內(nèi)介質(zhì)圓環(huán)、外介質(zhì)圓環(huán)等組成。天線的帶寬較寬，雖然剖面高度僅為0.175λ₀，但是仍有降低的可能。因此，設計出寬頻帶低剖面且具有穩(wěn)定輻射性能的天線是天線技術(shù)領域亟需解決的問題，具有較大的實用意義。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是：

(1)現(xiàn)有的寬帶介質(zhì)諧振天線增益較低，且縱向尺寸很高，達到了25.5mm(0.241λ₀,λ₀為天線的中心頻點的工作波長)，不滿足低剖面要求。傳統(tǒng)的小尺寸介質(zhì)諧振天線，由于其激勵的模式常常為基模，增益很難提高，要想提高增益，最簡單的方法就是激勵起高次模。然而，傳統(tǒng)激勵起高次模的方法，例如引入“寄生結(jié)構(gòu)”、“堆疊結(jié)構(gòu)”，都不可避免的增加了天線的高度以及復雜程度。因此，用一個簡單的結(jié)構(gòu)來激勵多種模式，可以在提高天線增益的基礎上降低天線高度。

(2)現(xiàn)有的寬帶介質(zhì)諧振天線剖面高度僅為0.175λ₀，但仍有降低的可能。然而，在降低天線高度的過程中，天線原有的諧振模式會改變，天線的帶寬以及增益都會受到影響，如何用一個簡單的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)天線高度的降低、增益的提升以及帶寬的增加，是現(xiàn)有技術(shù)的難點。

解決上述技術(shù)問題的難度和意義：

傳統(tǒng)的介質(zhì)諧振天線，在追求寬頻帶高增益的性能時，引入了“寄生結(jié)構(gòu)”、“堆疊結(jié)構(gòu)”等一系列復雜的結(jié)構(gòu)，不僅增加了天線的復雜程度，還使天線在低剖面的要求上漸行漸遠。因此，使用一種簡單的結(jié)構(gòu)，使傳統(tǒng)介質(zhì)諧振天線實現(xiàn)低剖面、寬頻帶、高增益的要求，有著非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種低剖面多模混合介質(zhì)諧振天線、無線通信系統(tǒng)。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種低剖面多模混合介質(zhì)諧振天線，所述低剖面多模混合介質(zhì)諧振天線設置有：