[发明专利]一种小型化宽带圆极化三维打印混合介质谐振器天线

说明书

本发明涉及一种小型化宽带圆极化三维打印混合介质谐振器天线，包括自下而上依次层叠设置的馈电基板、中央具有十字缝隙的接地板和介质谐振器，所述馈电基板的下表面设置用于馈电的微带传输线，介质谐振器内嵌有贴片阵列，介质谐振器的上部具有矩形槽，贴片阵列位于矩形槽槽底的下方且与馈电基板平行。本发明通过在介质块上部挖槽的方式，在不增加天线整体尺寸的基础上，实现三个辐射模式的融合，极大的展宽了天线的圆极化带宽；此外，本发明采用低介电常数的矩形介质块，并基于三维打印技术将贴片置于介质块中间，因此天线的整体尺寸仅有0.39λsubgt;0 /subgt;×0.39λsubgt;0/subgt;×0.19λsubgt;0/subgt;，方向图对称，辐射性能良好，可以应用于波束成形阵列。

技术领域

本发明涉及微波通信领域，尤其涉及一种面向波束成形应用的小型化宽带圆极化三维打印混合介质谐振器天线。

背景技术

多输入多输出的波束成形技术是第五代移动通信系统最为关键的技术。而为了实现良好的波束成形效果，避免栅瓣的出现，天线单元之间的间距应在0.5λ₀左右，因此天线单元的平面尺寸应该远小于0.5λ₀×0.5λ₀。同时，第五代无线通信系统最为核心的需求是高速率，宽带技术是实现高数据速率无线通信的关键因素。另外，圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线接收。圆极化波入射到对称目标后旋向逆转。因此，圆极化天线具有其他极化天线没有的抑制雨雾干扰和抗多径效应的能力，在移动通信，卫星通信中广泛应用。在此背景下，就天线技术领域而言，设计一款面向波束成形应用的小型化、宽带、圆极化天线具有重要的研究意义与应用价值。

介质谐振器天线由于其良好的特性(例如低损耗，低成本和高设计灵活性)而被认为是无线通信系统的理想选择。实现圆极化介质谐振器的方法主要有两种——单点馈电法和多点馈电法。前者的优势是结构简单紧凑但是圆极化带宽(轴比3dB)较窄通常只有1％～15％；后者虽能实现更大的圆极化带宽但会引入复杂的馈电结构而使天线的整体尺寸变大。因此，在单点馈电的基础上实现更大的圆极化带宽受到学术界广泛关注。一些宽带技术得以提出，例如：①多谐振法：引入一些特殊结构如开槽、阶梯型、旋转层叠结构等使谐振器呈现多谐振特性，但会使天线结构变得庞大而复杂同时影响天线的辐射方向图；②混合辐射法：合并介质谐振器的辐射模式和馈电结构的辐射模式从而增加带宽，但会有后瓣较大的问题并且遇到与①方案同样的问题；③行波馈电法：在方螺旋馈线上产生近似行波分布的电流，由于几乎没有反射波，阻抗匹配得到改善，带宽变宽，但这种方案的带宽增幅有限，均未实现大于20％的轴比带宽，同时由于在地板蚀刻较大缝隙造成天线后瓣较大。上述方法虽然能增加带宽，但都无法同时满足小型化和宽带定向圆极化的要求。

现有的针对单点馈电圆极化介质谐振器天线的宽带设计技术可以有效展宽天线带宽，但是往往难以兼顾天线在小型化的性能，例如技术①、②中，能合并两个辐射模的方案轴比带宽都在25％以下，能提供三个或以上辐射模的方案虽然能满足大带宽的要求但天线平面尺寸都无法满足小于0.5λ₀×0.5λ₀的组阵要求。而采用技术③带宽增加效果不及①、②，实现的轴比带宽小于20％，且所使用馈电结构较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种小型化宽带圆极化三维打印混合介质谐振器天线，该天线兼具小型化、宽带、圆极化等优点。

为了实现本发明目的，本发明提供的小型化宽带圆极化三维打印混合介质谐振器天线，包括自下而上依次层叠设置的馈电基板、中央具有十字缝隙的接地板和介质谐振器，所述馈电基板的下表面设置用于馈电的微带传输线，其特征在于：所述介质谐振器内嵌有贴片阵列，所述介质谐振器的上部具有矩形槽，所述贴片阵列位于矩形槽槽底的下方且与馈电基板平行。

进一步的，贴片阵列设置于介质基板上，所述介质基板的介电常数低于介质谐振器的介电常数。