基于玻璃介质谐振器的全向天线研究

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随着通信技术的快速发展,人们对无线通信系统有了越来越高的要求。天线作为电磁波接收与发送的设备,在无线通信系统中起着至关重要的作用。介质谐振器天线(Dielectric Resonator Antenna)作为一种新型的天线得到了越来越多的关注,其具有诸多优点:介质谐振器特有的三维结构,使得天线的设计更加灵活;同时介质谐振器没有导体损耗,辐射效率较高;此外,介质谐振器天线还有易于集成,馈电方式多样等优点。因此介质谐振器天线的研究在天线领域中具有重大的意义。近年来的研究发现,玻璃在2GHz的微波频段下,介电常数可以高达7,使得玻璃也可以作为介质谐振器。同时,由于玻璃的透明特性,玻璃介质谐振器天线常常还能拥有第二种功能。而全向天线能够覆盖到更加广的范围,对于室内通信而言是更加有利的。本文基于玻璃介质谐振器对全向天线展开了研究,具体工作包括:1、设计了一款可置换的全向宽带玻璃介质谐振器天线,该天线包括圆柱形玻璃介质谐振器和馈电平台。玻璃介质谐振器和馈电平台之间通过两个磁铁贴片连接,由于磁铁贴片易于置换的特性,使得更换不同的介质谐振器变得简便。可以根据需求来选择不同尺寸的介质谐振器,以使天线获得不同的带宽和增益。推导出了该天线带宽与介质谐振器高度半径比的公式。同时在玻璃介质谐振器上引入了激光内雕技术,使得该天线拥有了作为美学工艺品的第二功能。选用相对带宽最宽的介质谐振器可以实现74%的相对带宽,覆盖2.96-6.44GHz的频段,频段内增益均维持在2d Bi以上。选用增益最高的介质谐振器可以实现5.16d Bi的峰值增益,相对带宽为39.5%,覆盖3.17-4.73GHz的频段。2、设计了一款槽馈电的全向低剖面玻璃介质谐振器天线,该天线利用一分四的威尔金森功分器作为馈电网络,激励四个弧形槽来产生全向模式,取代了传统的探针激励法。使用这个方法,不需要加入任何寄生物,免去了使用探针在易碎的介质谐振器上打孔的复杂工艺,同时解决了低剖面介质谐振器天线难以用探针来激励的问题。该天线拥有33.5%的相对带宽,频率覆盖4.89–6.86 GHz,峰值增益可以达到5d Bi。3、设计了一款槽馈电的全向圆极化玻璃介质谐振器天线,该天线利用一分四的威尔金森功分器作为馈电网络,激励四个矩形槽来产生全向圆极化模式。四条矩形槽与四条末端的馈线夹角呈45°摆放,激励起两个等幅正交的全向模式,实现了轴比带宽为8%的全向圆极化介质谐振器天线,频率覆盖5.62-6.09 GHz,峰值增益可以达到5.6d Bic。
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