一种介质谐振器天线的制作方法

1.本实用新型属于天线技术领域，尤其涉及一种介质谐振器天线。


背景技术：

2.随着5g毫米波通信、卫星，雷达等应用场景的发展，越来越多的场景需要开发不同类型的天线，在一些场景开发上，如毫米波智能开关、智能家具、通信系统、检测雷达等场景，希望毫米波射频系统具备低成本优势。所以希望是通过单天线或者少量天线来实现。
3.然而，因为不同场景需要的波束宽度不一样，如智能开关或者智能家具需要窄波束，而在通信系统、检测雷达中需要较宽波束来实现大范围的检测与信号分析，但是目前单天线下无法实现波束宽度的调节，适应范围受到限制。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例提供一种介质谐振器天线，旨在解决上述背景技术当中的至少一技术问题。
5.本实用新型实施例是这样实现的，一种介质谐振器天线，包括接地板以及设置于所述接地板上的介质谐振器，所述介质谐振器包括相对设置的底面和顶面，所述介质谐振器的底面设置于所述接地板上，所述介质谐振器的顶面开设有用于放置不同厚度的介质块的槽体。
6.优选地，所述槽体为方形槽，所述介质块为方形块。
7.优选地，所述槽体的长度和宽度相等且为1.5mm-2.0mm之间，所述槽体的深度大于0小于等于0.8mm。
8.优选地，所述槽体的中轴线与所述介质谐振器的中轴线共线。
9.优选地，所述不同厚度的介质块至少包括厚度为0.7mm、0.6mm和0.4mm 的介质块。
10.优选地，所述介质块的长度与所述槽体的长度相等，所述介质块的宽度与所述槽体的宽度相等。
11.与现有技术相比，通过在介质谐振器的顶面开设用于放置不同厚度的介质块的槽体，使得可以通过往槽体内放入不同厚度的介质块来调节天线的波束宽度，从而适应更多的应用场景。
附图说明
12.图1为本实用新型一实施例当中的介质谐振器天线的立体图；
13.图2为本实用新型实施例提供的原理说明书图；
14.图3为本实用新型实施例在原理说明时提供的介质谐振器的归一化方向图；
15.图4为本实用新型实施例在原理说明时提供的波束宽度随槽体深度的变化曲线图。
具体实施方式
16.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
17.实施例一
18.请参阅图1，所示为本实用新型实施例一当中的介质谐振器天线，包括接地板1以及设置于接地板1上的介质谐振器2，介质谐振器2包括相对设置的底面和顶面，介质谐振器2的底面设置于接地板1上，介质谐振器2的顶面开设有用于放置不同厚度的介质块4的槽体3，槽体3优先设置于介质谐振器2 的顶面中央，即要求槽体3的中轴线与介质谐振器2的中轴线共线。
19.在本实施例当中，槽体3为方形槽，介质块4也相应的为方形块，且介质块4的长度与槽体3的长度相等，介质块4的宽度与槽体3的宽度相等，使其能够适配槽体3。在一些可选情况当中，槽体3的长度和宽度相等且为1.8mm，即槽体3的截面为正方形。相应的，介质块4的长度和宽度也均为1.8mm。槽体3的深度为0.7mm，即在本实施例当中，在介质谐振器2的顶面中央开设一个0.7mm
×
1.8mm
×
1.8mm的方槽。在其他实施例当中，槽体3的长度和宽度相等且还可以为1.5mm-2.0mm之间的其他任意值，例如为1.6mm。槽体3的深度也还可以为大于0小于等于0.8mm之间的其他任意值，例如为0.6mm。
20.具体来说，本实施例主要通过往槽体3内放入不同厚度的介质块4来调节天线的波束宽度，从而适应更多的应用场景需要说明的是。需要说明的是，本实施例通过往槽体内放入不同厚度的介质块来调节天线的波束宽度的原理如下:
21.如图2所示，a,b,d分别为介质谐振器的长宽高，m1-m6为介质谐振器的6 个面代号，坐标中心为介质谐振器的长方体几何中心。介质谐振器天线的方向图由6个面的电流和磁流决定，其中m1、m2、m3和m4这四个面中仅有磁流分布没有电流，m5和m6只有电流分布，kx,ky,kz为xyz方向上的波矢数， nmp为天线的工作模式数，具体的，n为x方向波矢个数(模式数)，m为y 方向波矢个数，p为z方向波矢个数，w为角频率，ε为介电常数，μ为磁导率， a1、a2、a3和a4为m1、m2、m3和m4的磁流，则有：
[0022][0023]
当其磁流：
[0024]mzx
＝0
ꢀꢀꢀ
(2)，1个面由2个正交的方向矢量来表示，m1和m4 2个面由矢量m
zx
和m
zy
构成，其他面等同；
[0025]
公式中a为系数；
[0026]
当其磁流：
[0027]mxz
＝0
ꢀꢀꢀ
(4)
[0028]
[0029]
当其电流：
[0030][0031][0032]
其中，磁流与电流的幅值与电场成正比，经过对比发现jy和mx与my相比，其幅值比大约是而对于任意的矩形介质谐振器，d和a固定后，b不管怎么变，ky是远小于wμ，所以电流幅值j与磁流对比，其对方向图(电场) 的贡献非常小，所以我们在计算电场时只讨论m1-m4的磁流式子(3)和(4)，天线方向图的表达式f(θ)与4个面磁流关系如下式子(8)其中k0为自由空间波矢量数，θ为极化坐标系中的空间角，则有：
[0033][0034]
式中，k0＝w/c,c是光速，w是角频率，j是虚数。
[0035]
用matlab画出了一个dk＝9.5 d＝3.3mm b＝a＝2.2mm工作在28ghz的te113模式下的介质谐振器随着a2/a1变化的归一化方向图，如图3所示。
[0036]
可见，随着a2/a1幅值比的逐渐减小，天线e面半功率波束宽度也就因此被拓宽。根据这一规律我们对于任意的矩形介质谐振器可以通过增大m1来拓展波束，m1的幅值a1观察式子可知，在m1或者m4表面打孔/挖槽原理上可以降低介电常数，相当于公式1中因为介电常数变小，磁流变大，从而增大波束宽度，并且不同打孔/挖槽深度，对磁流变化影响不同，从而对波束宽度影响也不同。
[0037]
为此，我们通过在介质谐振器的m1表面上开设不同深度的槽体，并测试 m1表面上开设了不同深度槽体的介质谐振器对应的波束宽度，从而研究波束宽度随槽体深度的变化关系，如图4所示，可见随着槽体深度的增大、波束宽度也会相应增大。
[0038]
因此，本实施例通过在介质谐振器2的顶面开设槽体3，并往槽体3内放入不同厚度的介质块4来改变槽体3的有效深度，从而达到调节天线的波束宽度的目的。具体地，在本实施例一些可选情况当中，不同厚度的介质块4至少包括厚度为0.7mm、0.6mm和0.4mm的介质块，即三块介质块的尺寸分别为 0.4mm
×
1.8mm
×
1.8mm、0.6mm
×
1.8mm
×
1.8mm和0.7mm
×
1.8mm
×
1.8mm。也即本实施例具体给槽体配备了三块介质块，共能够形成4种波束宽度的天线，具体为：
[0039]
槽体内不放入任何介质块，此时槽体的有效深度为0.7mm，波束宽度为170 度；
[0040]
槽体内放入0.4mm
×
1.8mm
×
1.8mm的介质块，此时槽体的有效深度为 0.3mm，波束宽度160度；
[0041]
槽体内放入0.6mm
×
1.8mm
×
1.8mm的介质块，此时槽体的有效深度为 0.1mm，波束宽度150度；
[0042]
槽体内放入0.7mm
×
1.8mm
×
1.8mm的介质块，此时槽体的有效深度为0，即相当于没有开设槽体的状态下，波束宽度120度。
[0043]
综上，本实施例当中的介质谐振器天线，通过在介质谐振器的顶面开设用于放置不同厚度的介质块的槽体，使得可以通过往槽体内放入不同厚度的介质块来调节天线的波束宽度，从而适应更多的应用场景。
[0044]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0045]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。