本發(fā)明屬于無線通信天線技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種介質(zhì)加載雙頻諧振腔天線。

背景技術(shù)：

目前，諧振腔天線在高增益，寬頻帶和低剖面等方面都有重大進(jìn)展。雙頻諧振腔天線覆板的實(shí)現(xiàn)方案主要有二維介質(zhì)棒、二維頻率選擇表面，但是該兩種結(jié)構(gòu)天線覆板的設(shè)計(jì)和仿真需要很大的工作量，無法用低介電常數(shù)的介質(zhì)板實(shí)現(xiàn)高增益和好的方向圖，加工材料的選擇范圍小、加工成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種便于設(shè)計(jì)加工的介質(zhì)加載雙頻諧振腔天線，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高增益和多頻段的特性。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種介質(zhì)加載雙頻諧振腔天線，包括金屬接地板，饋電口，饋源天線，部分反射覆板，以及用于固定支撐的長螺絲、尼龍柱、螺母，其中：

所述金屬接地板緊貼于饋源天線下方，部分反射覆板由兩層不同厚度介質(zhì)板組成且加載于饋源天線上方，部分反射覆板和金屬接地板由長螺絲、尼龍柱和螺母連接支撐。

進(jìn)一步地，所述饋源天線包括從下至上順序設(shè)置的介質(zhì)基板、第一貼片、第二貼片、上層介質(zhì)板，所述第一貼片、第二貼片實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率的輻射，第一貼片由饋電口進(jìn)行激勵，第二貼片由第一貼片通過空氣層激勵。

進(jìn)一步地，所述部分反射覆板包括兩層介質(zhì)板和介質(zhì)板中間的空氣層，其中：下層介質(zhì)板的厚度為中心頻率處二分之一介質(zhì)波長λg/2，中間空氣層的厚度為中心頻率處四分之一自由空間波長λ0/4，上層介質(zhì)板的厚度為中心頻率處四分之一介質(zhì)波長λg/4。

進(jìn)一步地，所述饋電口采用sma接頭。

進(jìn)一步地，所述第一貼片、第二貼片之間填充泡沫。

進(jìn)一步地，所述部分反射覆板的兩層介質(zhì)板之間填充泡沫形成空氣層。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：(1)可以用低介電常數(shù)的介質(zhì)板來實(shí)現(xiàn)更高的增益和更好的方向圖，并且有更低的剖面，對介質(zhì)板的要求降低，拓寬了加工材料的選擇范圍，降低了加工成本；(2)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程簡單，不需要大量的仿真優(yōu)化工作，部分覆板的厚度可以根據(jù)設(shè)計(jì)的頻率和選取板材的介電常數(shù)快速計(jì)算出來。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1是本發(fā)明雙頻諧振腔天線的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是饋源天線的三維結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是雙頻諧振腔天線剖面圖的尺寸規(guī)格圖。

圖4是雙頻諧振腔天線俯視圖的尺寸規(guī)格圖。

圖5是饋源天線剖面圖的尺寸規(guī)格圖。

圖6是饋源天線俯視圖的尺寸規(guī)格圖。

圖7是部分反射覆板的反射相位圖。

圖8是部分反射覆板的反射幅度圖。

圖9是雙頻諧振腔天線采用hfss仿真的s11圖。

圖10是饋源天線方向性系數(shù)與諧振腔天線方向性系數(shù)的對比圖。

圖11是雙頻諧振腔天線在低頻10g處h面的方向圖。

圖12是雙頻諧振腔天線在低頻10g處e面的方向圖。

圖13是雙頻諧振腔天線在高頻14g處h面的方向圖。

圖14是雙頻諧振腔天線在高頻14g處e面的方向圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明加載雙層介質(zhì)板的雙頻諧振腔天線，除了具備諧振腔天線高增益的特點(diǎn)外，還可以實(shí)現(xiàn)雙頻。

結(jié)合圖1～2，本發(fā)明介質(zhì)加載雙頻諧振腔天線，包括金屬接地板1，饋電口2，饋源天線3，部分反射覆板4，以及用于固定支撐的長螺絲5、尼龍柱6、螺母7，其中：

所述金屬接地板1緊貼于饋源天線3下表面，部分反射覆板4由兩層不同厚度介質(zhì)板組成且加載于饋源天線3上方，部分反射覆板4和金屬接地板1由長螺絲5、尼龍柱6和螺母7連接支撐。

進(jìn)一步地，所述饋源天線3包括從下至上順序設(shè)置的介質(zhì)基板3-1、第一貼片3-2、第二貼片3-3、上層介質(zhì)板3-4，所述第一貼片3-2、第二貼片3-3實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率的輻射，第一貼片3-2由饋電口2進(jìn)行激勵，第二貼片3-3由第一貼片3-2通過空氣層激勵。

進(jìn)一步地，所述部分反射覆板4包括兩層介質(zhì)板和介質(zhì)板中間的空氣層，其中：下層介質(zhì)板的厚度為中心頻率處二分之一介質(zhì)波長λg/2，中間空氣層的厚度為中心頻率處四分之一自由空間波長λ0/4，上層介質(zhì)板的厚度為中心頻率處四分之一介質(zhì)波長λg/4。

進(jìn)一步地，所述饋電口2采用sma接頭。

進(jìn)一步地，所述第一貼片3-2、第二貼片3-3之間填充泡沫。

進(jìn)一步地，所述部分反射覆板4的兩層介質(zhì)板之間填充泡沫形成空氣層。

該天線通過加載于饋源天線3上方的部分反射覆板4，對饋源天線3輻射波的不斷反射透射來加強(qiáng)整個(gè)天線的方向性。同時(shí)，通過合理地取部分反射覆板4中上、下兩層介質(zhì)板和中間空氣層的厚度使得天線在兩個(gè)頻點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)方向性增強(qiáng)。

本發(fā)明饋源天線3采用雙頻堆棧天線，饋源天線3由上下兩層輻射貼片組成，其中下貼片由饋電激勵，上貼片由下貼片通過中間的空氣層激勵。兩貼片同時(shí)輻射實(shí)現(xiàn)雙頻。除了堆棧天線饋源也可以采用其他類型的雙頻天線。

部分反射覆板部分是本發(fā)明的核心部分，合適地選擇介質(zhì)板和空氣層的厚度實(shí)現(xiàn)諧振腔天線在兩個(gè)頻點(diǎn)上的方向性增強(qiáng)效應(yīng)。

實(shí)施例1

如圖1所示本發(fā)明主要由金屬接地板1，饋源天線3和部分反射覆板4組成。

其中饋源天線4如圖2所示，包括從下至上順序設(shè)置的介質(zhì)基板3-1、第一貼片3-2、第二貼片3-3、上層介質(zhì)板3-4，所述第一貼片3-2、第二貼片3-3實(shí)現(xiàn)兩個(gè)頻率的輻射，第一貼片3-2由饋電口2進(jìn)行激勵，第二貼片3-3由第一貼片3-2通過空氣層(泡沫材料)激勵。通過移動饋電口2來實(shí)現(xiàn)天線的匹配。

部分反射覆板4由兩層不等厚度的介質(zhì)板和其中的空氣層組成。該天線通過加載于饋源上方的部分反射覆板4對饋源天線3輻射波的不斷反射透射來加強(qiáng)整個(gè)天線的方向性。同時(shí)，通過合理地取部分反射覆板4中上下兩層介質(zhì)板和中間空氣層的厚度使得天線在兩個(gè)頻點(diǎn)都能實(shí)現(xiàn)方向

假設(shè)實(shí)現(xiàn)的雙頻為f1和f2，那么取中心頻率f0＝f1+f2/2。部分反射覆板4中下層介質(zhì)板的厚度為中心頻率處二分之一介質(zhì)波長λg/2，中間空氣層的厚度為中心頻率處四分之一自由空間波長λ0/4，上層介質(zhì)板的厚度為中心頻率處四分之一介質(zhì)波長λg/4。

本實(shí)施例的兩個(gè)頻率選取10g和14g，其中饋源天線3的介質(zhì)基板3-1和上層介質(zhì)板3-4，選取介電常數(shù)為2.2，厚度為0.508mm的5880板材。部分反射覆板4采用的是介電常數(shù)為4.4的fr4板材。

根據(jù)本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的頻率可以算得：

中心頻率：

f0＝12ghz

下層介質(zhì)板的厚度：

中間空氣層的厚度：

上層介質(zhì)板的厚度：

其中c＝3×10¹¹mm，ε0＝1，εr＝4.4。

天線的具體尺寸如圖3、圖4、圖5和圖6所示。主要尺寸參數(shù)如下：

h＝12mm,t1＝6mm,h1＝6.25mm,l1＝130mm,t2＝3mmd＝1mm,ld＝8.6mm,lu＝9.2mm,tu＝0.508mm,t＝0.508mm,hs＝0.6mm,ls＝15mm,d1＝0.6mm,d2＝2mm

圖7圖8是用不同介電常數(shù)的介質(zhì)板組成的同種結(jié)構(gòu)的部分反射覆板反射相位和幅度的對比圖。

圖7中反射相位和理想相位曲線的兩個(gè)交點(diǎn)為雙頻設(shè)計(jì)雙頻天線的頻點(diǎn)?？梢钥闯?，板材的介電常數(shù)對反射相位的影響很小，幾乎可以忽略。

而從圖8的反射幅度圖中可以看出，介電常數(shù)越大反射系數(shù)越大。而根據(jù)諧振腔天線理論，加載的部分反射覆板的反射系數(shù)越大，對饋源天線的增益提升越大。相比于其他結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)使用介電常數(shù)4.4的板材就可以在工作頻點(diǎn)獲得較高的反射系數(shù)。

圖9為設(shè)計(jì)的天線在電磁仿真軟件hfss下仿真的s參數(shù)。天線在10g和14g兩頻點(diǎn)，s11都小于-10db。

從圖10的饋源天線方向性系數(shù)與諧振腔天線方向性系數(shù)的對比可以看出天線的方向性系數(shù)在低頻和高頻分別提升了9.5db和10.5db。加載部分反射覆板的效果明顯。

圖11～14為雙頻諧振腔天線在兩頻點(diǎn)處h面和e面的歸一化方向圖。從圖中可以看出低頻10ghz處h面的副瓣和后瓣都基本小于-20db；而e面的后瓣也小于-20db，后瓣表現(xiàn)稍差為-15db。在高頻14ghz處h面的副瓣小于-15db,后瓣小于-20db，e面的副瓣小于-15db,后瓣小于-20db?？傮w來看無論高頻還是低頻方向圖都表現(xiàn)良好。