双频高增益介质谐振阵列天线制造技术

本发明专利技术提供一种双频高增益介质谐振阵列天线，其包括基板、两路微带馈电网络、N个介质谐振单元组成的介质谐振单元阵列，其中N≥1，该微带馈电网络设置在基板上，该N个介质谐振单元共轴或共线排列在基板上，该介质谐振单元的馈电点分别与两路微带馈电网络的输出端耦合，在介质谐振单元两侧面分别设有第一馈电槽，在介质谐振单元底面设有第二馈电槽，在两路微带馈电网络、靠近介质立方体的输出端，分别设置一组耦合孔径和耦合探针，该耦合探针与第一馈电槽耦合功率，该耦合孔径开在基板上，与第二馈电槽耦合。本发明专利技术结构紧凑、重量轻、损耗低、效率高、成本低、焊点少、易装配、适合批产的高增益介质谐振阵列天线，并为其他宽频带、多频段、低增益介质谐振单元或阵列天线的设计和改进提供有效或有益的参考方法。

Dual frequency high gain dielectric resonator array antenna

The present invention provides a dual band high gain dielectric resonator antenna array, comprising a dielectric resonator array substrate, two microstrip feed network, N medium resonant unit, wherein N = 1, the microstrip feed network is arranged on the substrate, the N dielectric resonator unit or coaxial collinear arrayed on the substrate feeding point the dielectric resonator unit are respectively connected with two microstrip feed network output coupling, first feed slots are respectively arranged in the two side of the dielectric resonant unit in dielectric resonator unit is arranged at the bottom surface of the second feed trough in output two microstrip feed network, near the end of the dielectric cube, are respectively provided with a group of coupling aperture and coupling the coupling probe. The probe and a first feed slot coupled power, the coupling aperture in the substrate, and the second feeder slot coupling. The invention has the advantages of compact structure, light weight, low loss, high efficiency, low cost, easy assembly, solder joint, suitable for batch production of high gain dielectric resonator antenna array, and provide reference for the improvement of the design method is effective or useful and other broadband, multi band, low gain dielectric resonator unit or array antenna.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种移动通信基站天线设备与技术，特别是涉及一种双频段高增益介质谐振阵列天线及其技术。
技术介绍
基站天线是移动通信系统的用户终端与系统网络的空中接口，它对整个通信系统性能的影响更是关键性和决定性的。在长期的技术演进中，基站天线形成了目前以压铸振子为基本辐射单元、选择同轴电缆或印制导线构建馈电网络、采用拉杆式移相器实现电调下倾的主流技术方案。在2G/3G/4G频段(698-960/1710-2700MHz)，振子尺寸通常在30mm-150mm量级，压铸工艺能够满足其精度要求。然而，未来的5G时代，频率将提高至3.5G、4-6GHz，20-30GHz甚至更高时，振子尺寸缩减至10mm量级以下，压铸工艺将无法满足加工的精度要求。另外，振子尺寸减小的同时，馈电电缆也必须足够细。这将给焊接、装配和调试等带来极大困难。再者，即使在低频段，由于压铸振子和腔体移相器均是立体结构，宜采用同轴线进行馈电。另一方面，同轴电缆具有功率容量大、损耗小、互调低和走线自由方便的优点，这使得它成为基站天线馈电网络设计的首选。然而，同轴线占用空间大、重量重、成本较高、排布较凌乱，使得整副天线重量和尺寸都较大。最后，考虑到天线的结构强度，必须将振子固定于背置的金属反射板上。这样以来，天线的重量和尺寸将进一步增加。由此可见，基本辐射单元不仅影响基站天线的带宽、方向图、交叉极化等性能参数，甚至决定了基站天线的技术发展形态。可以预见，未来基站天线将是包括功分网络和移相器的一体化集成系统，以实现结构紧凑、低损耗、高效率、低成本、焊点少、易装配、适合批产等设计目标。【专利技术内容】本专利技术旨在为2G/3G/4G/5G移动通信设计一种结构紧凑、重量轻、损耗低、效率高、成本低、焊点少、易装配、适合批产的高增益介质谐振阵列天线，并为其他宽频带、多频段、低增益介质谐振单元或阵列天线的设计和改进提供有效或有益的参考方法。介质谐振天线(DielectricResonantAntennas,DRAs)是一种新型辐射单元，选用高介电常数、低损耗的的介质材料(通常εr＝8～30，tanδ<0.002)，如陶瓷材料、TP介质块作为辐射体，采用金属探针或缝隙耦合馈电，在介质体内部激励起主模HEM11场辐射。该模式场具有类似于平行金属板放置的半波振子那样的侧射或边射方向图，波束宽度也较宽，另外，介质谐振天线也是线极化，能够较容易地设计成±45°双线极化。再者，由于没有欧姆损耗，介质谐振天线的效率较金属振子要高，在毫米波频段尤其明显。综上所述，介质谐振天线具有尺寸小、损耗低、效率高、带宽宽等优势，其作为基站天线新型辐射单元潜力的研究值得尝试。为实现本专利技术目的，提供以下技术方案：本专利技术提供一种双频高增益介质谐振阵列天线，其包括基板、两路微带馈电网络、N个介质谐振单元组成的介质谐振单元阵列，其中N≥1，该微带馈电网络设置在基板上，该N个介质谐振单元共轴或共线排列在基板上，该介质谐振单元的馈电点分别与两路微带馈电网络的输出端耦合，在介质谐振单元两侧面分别设有第一馈电槽，在介质谐振单元底面设有第二馈电槽，在两路微带馈电网络、靠近介质立方体的输出端，分别设置一组耦合孔径和耦合探针，该耦合探针与第一馈电槽耦合功率，该耦合孔径开在基板上，与第二馈电槽耦合。优选的，该N个介质谐振单元包括有至少两个介质谐振单元。较佳的实施例中，该N个介质谐振单元具体为五个介质谐振单元。优选的，该N个介质谐振单元朝向与阵列轴线呈+45°或-45°角，该微带馈电网络包括两路分别采用多级功分的馈电网络，一路实现+45°极化辐射，另一路则激励-45°极化辐射，两路走线总体顺阵列方向，局部还有垂直走线及+/-45°斜向走线。该耦合孔径与-45°极化馈电网络的微带线正交，该耦合探针则紧靠第一馈电槽竖直放置。优选的，该介质谐振单元包括三个上下叠放、中心重合的介质立方体，分别为上立方体、中立方体、下立方体，该第一馈电槽竖直朝上对称地设置在下立方体两侧面中间位置，该第二馈电槽设置在下立方体底面。优选的，该第一馈电槽与第二馈电槽为矩形馈电槽。优选的，两路微带馈电网络的一路为口径耦合馈电，另一路为探针耦合馈电，前者通过基板平面上的耦合孔径耦合能量至该介质谐振单元，后者则通过耦合探针与该介质谐振单元侧面的第一馈电槽耦合功率。优选的，馈入耦合探针的那一路微带馈电网络，其末级为等幅反相的一分二功分器。优选的，该上中下三个立方体中，下立方体高度最高，中立方体边长最大，上立方体尺寸最小，该第一馈电槽的槽宽上大下小，深度则上下相等。优选的，该N个介质谐振单元之间的间距为ds＝(0.50～0.75)×λL，该介质谐振单元所采用材料的介电常数为εr1＝8～30、损耗角正切tanδ1。优选的，该耦合馈电的耦合孔径形状为窄矩形，长度两端朝内凹陷，微带线正交横穿孔径后末端开路，该耦合馈电的耦合探针呈圆柱体，直径上粗下细，底端与+45°极化馈电网络输出端连接。优选的，该微带馈电网络各级功分的两输出支路间加设隔离电阻。优选的，该隔离电阻采用100Ω电阻。优选的，该微带馈电网络的干路上的每级功分的两输出支路线宽不等宽，以实现阵列副相加权。优选的，在基板上位于该介质谐振单元左右两侧的位置，分别对称设置一组相互平行、竖直放置的边缘扼流条，构成扼流装置以抑制边缘绕射。优选的，该两组边缘扼流条镜像对称放置，每组边缘扼流条有三个金属片，它们平行于阵列轴线、直立于基板地上，每组金属片中的两侧金属片对称设置，顶部朝内下弯，下弯部分短于直立部分，中间金属片则呈倒U形，其内外部分等高。优选的，在基板后侧设置反射板，该反射板包括金属地板，以及其四周竖直加装的围边。优选的，该金属地板距基板后侧(0.04～0.06)×λL，四周竖直围边高度为(0.08～0.15)×λL。优选的，在金属地板和介质基板间，竖直放置两组平行于阵列轴线且对称排布在介质谐振单元阵列两侧的背部隔离片。优选的，每组背部隔离片包括两个金属片，该背部隔离片下端紧贴地板，上端与介质基板留有距离，以提高+/-45°极化端口的隔离度。优选的，在微带馈电网络两个输入端分别连接同轴电缆或射频接头，该同轴电缆的内外导体分别连接微带线及金属地板。优选的，该同轴电缆采用50Ω同轴电缆。优选的，该基板上设置有五个共轴或共线排列的所述介质谐振单元。本专利技术的双频高增益介质谐振阵列天线，其设计方法包括以下步骤：步骤一，建立直角坐标系；步骤二，构造介质谐振单元；步骤三，介质立方体表面切馈电槽；步骤四，介质谐振单元组阵；步骤五，设计微带馈电网络；步骤六，设置耦合馈电部分；步骤七，设置边缘扼流条；步骤九，设置背部隔离片；步骤十，连接同轴线或接头。对比现有技术，本专利技术具有以下优点：本专利技术设计了一种介质谐振阵列天线，先设计出双频介质谐振单元，然后将五个该介质谐振单元共轴或共线排列，并设计一个+45°双路微带馈电网络，一路采用口径耦合馈电，另一路则选用探针耦合馈电；为抑制边缘绕射，在介质立方体两侧、基板地的边缘位置，沿阵列方向设置一组相互平行的竖直金属片；并在基板后侧放置一块四周加围边的金属地板以改善前后比；在基板和金属地板间设置背部隔离片，以提高+/-45°极化的端口隔离度。最后，在馈电网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频高增益介质谐振阵列天线，其特征在于，其包括基板、两路微带馈电网络、N个介质谐振单元组成的介质谐振单元阵列，其中N≥1，该微带馈电网络设置在基板上，该N个介质谐振单元共轴或共线排列在基板上，该介质谐振单元的馈电点分别与两路微带馈电网络的输出端耦合，在介质谐振单元两侧面分别设有第一馈电槽，在介质谐振单元底面设有第二馈电槽，在两路微带馈电网络、靠近介质立方体的输出端，分别设置一组耦合孔径和耦合探针，该耦合探针与第一馈电槽耦合功率，该耦合孔径开在基板上，与第二馈电槽耦合。

【技术特征摘要】
1.一种双频高增益介质谐振阵列天线，其特征在于，其包括基板、两路微带馈电网络、N个介质谐振单元组成的介质谐振单元阵列，其中N≥1，该微带馈电网络设置在基板上，该N个介质谐振单元共轴或共线排列在基板上，该介质谐振单元的馈电点分别与两路微带馈电网络的输出端耦合，在介质谐振单元两侧面分别设有第一馈电槽，在介质谐振单元底面设有第二馈电槽，在两路微带馈电网络、靠近介质立方体的输出端，分别设置一组耦合孔径和耦合探针，该耦合探针与第一馈电槽耦合功率，该耦合孔径开在基板上，与第二馈电槽耦合。2.如权利要求1所述的双频高增益介质谐振阵列天线，其特征在于，该N个介质谐振单元朝向与阵列轴线呈+45°或-45°角，该微带馈电网络包括两路分别采用多级功分的馈电网络，一路实现+45°极化辐射，另一路则激励-45°极化辐射，该耦合孔径与-45°极化馈电网络的微带线正交，该耦合探针则紧靠第一馈电槽竖直放置。3.如权利要求2所述的双频高增益介质谐振阵列天线，其特征在于，该介质谐振单元包括三个上下叠放的介质立方体，分别为上立方体、中立方体、下立方体，该第一馈电槽竖直朝上对称地设置在下立方体两侧面中间位置，该第二馈电槽设置在下立方体底面。4.如权利要求3所述的双频高增益介质谐振阵列天线，其特征在于，该上中下三个立方体中，下立方体高度最高，中立方体边长最大，上立方体尺寸最小，该第一馈电槽的槽宽上大下小，深度则上下相等，该N个介质...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道铁，谭想，吴中林，刘木林，
申请(专利权)人：广东通宇通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44