一种基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线

本发明属于天线，涉及一种介质谐振器天线，具体地说涉及一种基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线。

背景技术：

1、天线作为无线通信系统中的重要组成部分，起到发射和接收电磁信号的作用。随着无线通信系统的快速发展和不断进步，对天线性能的要求也在不断提高，传统的天线由于固定的结构和材料，往往只能在一种场景下工作，适用范围较窄，已逐渐无法满足需求。近些年来，可重构天线由于具有能够根据不同适用场景动态改变辐射特性的特点而被广泛关注和研究，其在无线通信技术领域具有广阔应用前景。

2、在可重构天线中，波束宽度可重构天线在提高无线网络的业务容量方面具有非常大的潜力，通过动态改变天线的辐射波束宽度可以有效提高频谱利用率并有效缓解通信拥堵问题。在基站通信中，有时需要天线实现宽的波束来覆盖附近大部分使用者的需求或进行大范围搜索，而有时又需要利用窄的波束实现高方向性的定向通信。如在商场内人流高峰期时，宽的辐射波束可更大范围满足消费者的通信需求，在人流较少时，利用窄的波束则可实现更强的通信性能。

3、目前，实现天线波束宽度可重构的方法主要包括：采用可调控的馈电网络或加载寄生单元，通常通过加载pin二极管、变容二极管和mems元件，并控制上述电子元件的工作状态来实现天线波束宽度的调控。但上述方法存在如下技术问题：电子元器件在天线工作期间会产生较大的欧姆损耗，导致辐射效率降低。

4、有鉴于此，有必要对现有技术中的波束宽度可重构天线予以进一步改进。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于现有波束宽度可重构天线欧姆损耗大、辐射效率低，从而提出一种无欧姆损耗、辐射效率高的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

3、本发明提供一种基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其包括：

4、介质基板；

5、金属地板，连接于所述介质基板表面；

6、第一介质谐振器，连接于所述金属地板；

7、第二介质谐振器，罩设于所述第一介质谐振器外部，所述第二介质谐振器具有第一容液腔，所述第一容液腔间隔设置于所述第一介质谐振器外部，所述第一容液腔可空置或填充液体介质；

8、第三介质谐振器，罩设于所述第二介质谐振器外部，所述第三介质谐振器具有第二容液腔，所述第二容液腔间隔设置于所述第二介质谐振器外部，所述第二容液腔可空置或填充液体介质；

9、馈电单元，连接于所述介质基板。

10、作为优选，所述金属地板、所述介质基板开设有安装通孔，所述馈电单元包括贯穿所述安装通孔的馈电金属带和连接于所述介质基板的微带馈线，所述馈电金属带连接于所述第一介质谐振器外侧。

11、作为优选，所述第二介质谐振器开设有第一液体通孔，所述第一液体通孔连接有第一管路，所述第一管路与所述第一容液腔连通；所述第三介质谐振器开设有第二液体通孔和连接通孔，所述第一管路贯穿连接于所述连接通孔，所述第二液体通孔连接有第二管路，所述第二管路与所述第二容液腔连通。

12、作为优选，所述第一介质谐振器的介电常数为6.5-6.9，所述第二介质谐振器和第三介质谐振器的介电常数为2.7-2.9，所述液体介质的介电常数为5.8-6.0。

13、作为优选，所述第一介质谐振器为长方体结构，其长度为0.245λ-0.265λ，宽度为0.245λ-0.265λ，高度为0.12λ-0.14λ，其中λ为天线工作频率所对应的空气波长。

14、作为优选，所述第二介质谐振器为底端敞开的中空长方体结构，所述第二介质谐振器顶部和侧壁内形成有所述第一容液腔，所述第二介质器与所述第一介质谐振器之间还具有第一容置空间，所述第一介质谐振器容置于所述第一容置空间内，所述第二介质谐振器的长度为0.33λ-0.39λ，宽度为0.33λ-0.39λ，高度为0.35λ-0.41λ；所述第一容置空间为长方体结构，其长度为0.25λ-0.29λ，宽度为0.25λ-0.29λ，高度为0.115λ-0.155λ。

15、作为优选，所述第三介质谐振器为底端敞开的中空长方体结构，所述第三介质谐振器顶部和侧壁内形成有所述第二容液腔，所述第三介质器与所述第二介质谐振器之间具有第二容置空间，所述第二介质谐振器容置于所述第二容置空间内，所述第三介质谐振器的其长度为0.45λ-0.55λ，宽度为0.45λ-0.55λ，高度为0.54λ-0.64λ；所述第二容置空间为长方体结构，其长度为0.36λ-0.44λ，宽度为0.36λ-0.44λ，高度为0.37λ-0.45λ。

16、作为优选，所述安装通孔对称开设于所述第一介质谐振器两侧，且所述安装通孔为矩形孔，所述矩形孔的长度为0.05λ-0.06λ，宽度为0.007λ-0.009λ，其中，λ为天线工作频率所对应的空气波长。

17、作为优选，所述馈电金属带为两条，两条所述馈电金属带对称贴附于所述第一介质谐振器相对的两侧壁设置；所述馈电金属带包括顺次连接的第一金属带和第二金属带，所述第一金属带贯穿所述安装通孔连接于所述微带馈线，所述第一金属带、第二金属带的截面图形均为矩形，其中，所述第一金属带的长度为0.07λ-0.08λ，宽为0.04λ-0.05λ，所述第二金属带的长度为0.05λ-0.06λ，宽为0.03λ-0.04λ。

18、作为优选，所述金属地板、所述介质基板均为矩形板，所述金属地板与所述介质基板的长宽尺寸相同，其中，所述金属地板、所述介质基板的长度为1.14λ-1.2λ，宽度为1.14λ-1.2λ，所述介质基板的厚度为0.011λ-0.014λ；所述第二介质谐振器和第三介质谐振器经3d打印制得。

19、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

20、本发明提供的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，包括层叠设置的介质基板和金属地板，金属地板连接有第一介质谐振器，第一介质谐振器外部顺次套设有第二介质谐振器、第三介质谐振器，第二介质谐振器具有第一容液腔，第一容液腔间隔设置于第一介质谐振器外部，第三介质谐振器具有第二容液腔，第二容液腔间隔设置于第二介质谐振器外部，介质基板还连接有馈电单元。第一容液腔、第二容液腔可空置或填充液体，从而形成第一容液腔、第二容液腔均空置、第一容液腔填充液体、第一容液腔、第二容液腔均填充液体的三种工作状态，在不同的工作状态下，天线工作于不同的谐振模式，从而具有不同的辐射波束宽度，实现了波束宽度可重构的效果，由于该天线未采用加载电子元器件的方式，因而不具有欧姆损耗，辐射效率高，且该天线结构简单、易于制作，在基站通信中具有潜在应用价值。

技术特征：

1.一种基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述金属地板、所述介质基板开设有安装通孔，所述馈电单元包括贯穿所述安装通孔的馈电金属带和连接于所述介质基板的微带馈线，所述馈电金属带连接于所述第一介质谐振器外侧。

3.根据权利要求2所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述第二介质谐振器开设有第一液体通孔，所述第一液体通孔连接有第一管路，所述第一管路与所述第一容液腔连通；所述第三介质谐振器开设有第二液体通孔和连接通孔，所述第一管路贯穿连接于所述连接通孔，所述第二液体通孔连接有第二管路，所述第二管路与所述第二容液腔连通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述第一介质谐振器的介电常数为6.5-6.9，所述第二介质谐振器和第三介质谐振器的介电常数为2.7-2.9，所述液体介质的介电常数为5.8-6.0。

5.根据权利要求4所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述第一介质谐振器为长方体结构，其长度为0.245λ-0.265λ，宽度为0.245λ-0.265λ，高度为0.12λ-0.14λ，其中λ为天线工作频率所对应的空气波长。

6.根据权利要求5所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述第二介质谐振器为底端敞开的中空长方体结构，所述第二介质谐振器顶部和侧壁内形成有所述第一容液腔，所述第二介质器与所述第一介质谐振器之间还具有第一容置空间，所述第一介质谐振器容置于所述第一容置空间内，所述第二介质谐振器的长度为0.33λ-0.39λ，宽度为0.33λ-0.39λ，高度为0.35λ-0.41λ；所述第一容置空间为长方体结构，其长度为0.25λ-0.29λ，宽度为0.25λ-0.29λ，高度为0.115λ-0.155λ。

7.根据权利要求6所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述第三介质谐振器为底端敞开的中空长方体结构，所述第三介质谐振器顶部和侧壁内形成有所述第二容液腔，所述第三介质器与所述第二介质谐振器之间具有第二容置空间，所述第二介质谐振器容置于所述第二容置空间内，所述第三介质谐振器的其长度为0.45λ-0.55λ，宽度为0.45λ-0.55λ，高度为0.54λ-0.64λ；所述第二容置空间为长方体结构，其长度为0.36λ-0.44λ，宽度为0.36λ-0.44λ，高度为0.37λ-0.45λ。

8.根据权利要求2所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述安装通孔对称开设于所述第一介质谐振器两侧，且所述安装通孔为矩形孔，所述矩形孔的长度为0.05λ-0.06λ，宽度为0.007λ-0.009λ，其中，λ为天线工作频率所对应的空气波长。

9.根据权利要求8所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述馈电金属带为两条，两条所述馈电金属带对称贴附于所述第一介质谐振器相对的两侧壁设置；所述馈电金属带包括顺次连接的第一金属带和第二金属带，所述第一金属带贯穿所述安装通孔连接于所述微带馈线，所述第一金属带、第二金属带的截面图形均为矩形，其中，所述第一金属带的长度为0.07λ-0.08λ，宽为0.04λ-0.05λ，所述第二金属带的长度为0.05λ-0.06λ，宽为0.03λ-0.04λ。

10.根据权利要求5-9任一项所述的基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，其特征在于，所述金属地板、所述介质基板均为矩形板，所述金属地板与所述介质基板的长宽尺寸相同，其中，所述金属地板、所述介质基板的长度为1.14λ-1.2λ，宽度为1.14λ-1.2λ，所述介质基板的厚度为0.011λ-0.014λ；所述第二介质谐振器和第三介质谐振器经3d打印制得。

技术总结本发明公开了一种基于液体加载的波束宽度可重构介质谐振器天线，包括层叠设置的介质基板和金属地板，金属地板连接有第一介质谐振器，第一介质谐振器外部顺次套设有第二介质谐振器、第三介质谐振器，第二介质谐振器具有第一容液腔，第三介质谐振器具有第二容液腔，介质基板还连接有馈电单元。第一、第二容液腔可空置或填充液体，形成第一、第二容液腔均空置、第一容液腔填充液体、第一、第二容液腔均填充液体的三种工作状态，在不同工作状态下，天线工作于不同的谐振模式，具有不同的辐射波束宽度，实现了波束宽度可重构的效果，该天线未加载电子元器件，因此不具有欧姆损耗，辐射效率高，从而该天线在基站通信中具有潜在应用价值。技术研发人员：陈哲,邹嘉信,袁涛受保护的技术使用者：深圳大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9