[发明专利]一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法

说明书

本发明公开了一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法，包括如下步骤，设计一介电常数为N、TE111为A的立方体；将立方体分为上部分和下部分，将上部分的长度调整到D1、宽度调整到W1及高度调整到H1；将下部分的长度调整到D2、宽度调整到W2及高度调整到H2；得到TE113为B的结构体；将结构体等效为一矩形体，矩形体的高度为H1与H2之和，当D1大于D2时，矩形体的长度为D1，否则，矩形体的长度为D2；当W1大于W2时，矩形体的宽度为W1，否则，矩形体的宽度为W2；计算得到矩形体的介电常数为M；微调矩形体的宽度，使得矩形体的宽度为W3，得到TE311为C的设计体。本尺寸设计方法能够快速设计出介质谐振器的尺寸，利于降低三频介质谐振天线的开发成本。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法。

背景技术

根据3GPP TS38.101-2 5G终端射频技术规范和TR38.817终端射频技术报告可知，5GmmWave频段有N257(26.5-29.5GHz)、N258(24.25-27.25GHz)、N260(37-40GHz)、N261(27.5-28.35GHz)以及新增的N259(39.5-43GHz)，还有未来规划的47-52.6GHz。显然，在5G毫米波移动终端通信中，我们可以用多组天线来实现覆盖上述频段，但是其必将减小终端空间，那么用单天线实现双频甚至多频特性，将简化集成天线的结构和设计流程。

一般而言，多频微带贴片天线是多数设计者首选，因为其具有结构简单、原理清晰以及性能可接受等优点。但是其需要复杂的介质基板叠层结构和非一体式的双频实现方式等缺点，给目前5G毫米波三频天线的应用提出了挑战。

现在已有的应用于通信系统的双频天线，一般分两大类：一类是利用天线的已有谐振以及其谐振的N(N≥2)次分量，例如一个天线在28GHz谐振，那么会在56GHz、84GHz也有谐振，所以28GHz、56GHz和84GHz构成三频，这种方式的缺点是频率是固定选择，可用范围较小，例如5G毫米波中通常要求是28GHz、39GHz、47GHz、52GHz构成的多频段，这些频点没有整数倍数关系；另一类是在一个天线单元里面，分布多个天线来实现三频，例如1个天线负责28GHz辐射，另一个天线负责39GHz，另一个天线负责47GHz，此时1个天线单元看起来实现了三频，这种方式需要复杂的多层基板叠层来实现，这样导致双频带天线并非一体式双频结构，加工成本较大。

另外，还有一种通过陶瓷谐振器天线(DRA)来实现三频的方式，陶瓷谐振器天线包括基板和设于基板上的介质谐振器，基板的顶面设有地层，地层上设有缝隙，基板的底面设有与所述缝隙耦合的微带线路，介质谐振器设于地层上并覆盖所述缝隙。陶瓷谐振器天线能够激发三种天线模式(TE111、TE113及TE311)，介质谐振器一般呈矩形体状，其中，TE111为矩形体介质谐振器的基模，其方向沿Z轴方向，TE113为最近的高次模，其方向也是沿Z轴方向，TE111和TE113的频点主要是由介质谐振器的厚度决定，TE311的方向沿Y轴方向，由介质谐振器沿Y轴的长度决定。为了让TE111、TE113及TE311达到预设的三频，需要不断地对介质谐振器的尺寸进行调整以及介质谐振器的介电常数进行选择，由于变量过多，设计起来费时费力，导致开发成本居高不下。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种三频介质谐振天线中介质谐振器尺寸设计方法，包括如下步骤，

设计一介电常数为N、TE111模的频率为A的立方体，所述立方体的边长为a；

将立方体分为上部分和下部分，将所述上部分的长度调整到D1、宽度调整到W1及高度调整到H1，使所述上部分成为上长方体；将所述下部分的长度调整到D2、宽度调整到W2及高度调整到H2，使所述下部分成为下长方体；得到TE113模的频率为B的结构体；