CN106876880A - 生长树‑十字复合分形天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生长树‑十字复合分形天线，它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片；所述辐射贴片为生长树‑十字复合分形结构；所述生长树‑十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构，基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。本发明的目的在于提供一种尺寸小、工作频带内的回波损耗最小值小于‑20dB、能够完全覆盖第五代移动通信的三个候选频段的生长树‑十字复合分形天线。
Description
技术领域
本发明涉及一种生长树-十字复合分形天线。
背景技术
如今，移动通信技术在飞速进步，移动通信系统正在以前所未有的速度不断更新换代。第五代移动通信系统将在2020年前后投入使用，它在频谱宽度、数据传输速度等方面都有较大的优势，可以在未来10年内满足移动数据流量高速增长的需求。2015年，国际电信联盟确定了第五代移动通信的三个候选频段为：3.300～3.400GHz、4.400～4.500GHz和4.800～4.990GHz。
能够发射和接收移动通信无线信号的天线是移动通信系统的重要组成部分，天线的性能对移动通信系统的整体性能有着较大影响。第五代移动通信系统对天线的性能要求是：尺寸足够小，能够放进移动终端里；辐射性能好，工作频带内天线回波损耗最小值小于-20dB；工作带宽大，天线工作频带需要覆盖第五代移动通信的三个候选频段3.300～3.400GHz、4.400～4.500GHz和4.800～4.990GHz。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸小、工作频带内的回波损耗最小值小于-20dB、能够完全覆盖第五代移动通信的三个候选频段的生长树-十字复合分形天线。
本发明的目的通过如下技术方案实现：一种生长树-十字复合分形天线，它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片；所述辐射贴片为生长树-十字复合分形结构；所述生长树-十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构，基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。
优选地，所述生长树-十字复合分形结构使用至少3阶的生长树分形结构。
优选地，所述生长树-十字复合分形结构使用至少2阶的十字分形结构。
优选地，所述辐射贴片的竖向对称中心线上开设有断开间隙，在断开间隙的两侧各设有一个天线馈电点。
优选地，所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为5～8。
优选地，所述基板的形状为矩形，尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm，厚度为0.5mm～1mm。
优选地，所述生长树-十字复合分形辐射贴片总尺寸是20mm±0.1mm×11mm±0.1mm。
优选地，所述天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。
较之现有技术而言，本发明的优点在于：现有分形天线只是单体分形结构，只有天线的外边沿按照一种分形迭代方式进行折叠，而天线内部区域并无进行分形迭代，天线的自相似性局限于边沿曲线附近。而本发明设计的生长树-十字复合分形结构将生长树分形结构和十字分形结构相结合，天线的边沿曲线和内部结构都具有自相似性，射频电流在整个复合分形辐射贴片上都能够较为均匀的分布，天线具有较大的工作带宽，完全能够满足第五代移动通信系统对天线的性能要求。
附图说明
图1为0阶生长树分形结构。
图2为1阶生长树分形结构。
图3为2阶生长树分形结构。
图4为3阶生长树分形结构。
图5为0阶十字分形结构。
图6为1阶十字分形结构。
图7为2阶十字分形结构。
图8是本发明辐射贴片的一种实施例的结构示意图。
图9为图8所示实施例的回波损耗(S11)性能图，图中的横坐标表示频率Frequency(GHz)，纵坐标表示回波损耗强度(The return loss of the antenna(dB))。
标号说明：1基板、2辐射贴片、3断开间隙。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明：
一种生长树-十字复合分形天线，它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片；所述辐射贴片为生长树-十字复合分形结构；所述生长树-十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构，基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。
图1至图4是生长树分形结构的迭代过程示意图。在生长树分形结构的迭代过程中，其原始结构为偶极子天线；将两个偶极子臂作为“树干”，在其顶端各生长出两个垂直于偶极子臂、长度为偶极子臂一半的“树枝”，构成1阶生长树分形结构；在1阶生长树分形结构的4个“树枝”顶端各生长出两个垂直于“树枝”、长度为“树枝”一半的“小树枝”，构成2阶生长树分形结构；在2阶生长树分形结构的8个“小树枝”顶端各生长出两个垂直于“小树枝”、长度为“小树枝”一半的“微树枝”，构成3阶生长树分形结构。按照这种方法继续迭代，则可得到高阶生长树分形结构。
图5至图7是十字分形结构的迭代过程示意图。在十字分形结构的迭代过程中，其原始结构为正方形；将原始结构等分为3行3列9个小正方形，将左上角、左下角、右上角、右下角四个小正方形挖去，剩下5个等分的正方形区域，则得到1阶十字分形结构；将1阶十字分形结构的5个正方形区域分别再做十字分形迭代，则得到2阶十字分形结构。按照这种方法继续迭代，则可得到高阶十字分形结构。
所述生长树-十字复合分形结构使用至少3阶的生长树分形结构和至少2阶的十字分形结构。
所述辐射贴片由两条对称的辐射臂组成，两条辐射臂的竖向对称中心线上开设有断开间隙，在断开间隙的两侧各设有一个天线馈电点。
所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为5～8。所述基板的形状为矩形，尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm，厚度为0.5mm～1mm。
所述生长树-十字复合分形辐射贴片总尺寸是20mm±0.1mm×11mm±0.1mm。
所述天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。
下面给出本发明的一具体实施例：
本实施例上设有基板1和贴覆在基板1正面的辐射贴片2，辐射贴片2结构如图8所示。本发明实施例使用尺寸为20mm±0.1mm×11mm±0.1mm的3阶生长树分形结构作为基本结构，将其内部64个尺寸为1mm×1mm的小正方形区域用2阶十字分形结构替代，组成了生长树-十字复合分形结构的辐射贴片2。
所述辐射贴片2的竖向对称中心线上开设有断开间隙3，在断开间隙3的两侧各设有一个天线馈电点。
基板1为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为5～8。基板1的形状为矩形，尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm，厚度为0.5mm～1mm。
从图9可以看出，实测结果显示该款天线的工作中心频率为4.01GHz，天线工作频带范围为3.233～5.257GHz，工作带宽为2.024GHz，在整个工作频带内天线回波损耗都低于-10dB，回波损耗最小值为-43.19dB。实测结果显示，该款天线完全覆盖了3.300～3.400GHz、4.400～4.500GHz和4.800～4.990GHz这三个第五代移动通信的候选频段。
本发明具有以下突出的优点和显著的效果：天线尺寸小、厚度低，包含介质基板在内的天线整体尺寸仅为22mm×22mm×0.5mm，该天线属于超薄天线，可以放进各种小型的移动通信设备中；天线辐射性能好，工作频带内天线回波损耗最小值达到-43.19dB，优于工作频带内天线回波损耗最小值小于-20dB的常规设计要求；天线工作带宽达到2.024GHz，不仅完全覆盖了第五代移动通信的三个候选频段，且有较大的性能冗余。因此，本发明天线性能优异，在第五代移动通信系统中具有广阔的应用前景。
Claims (9)
1.一种生长树-十字复合分形天线，其特征在于：它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片；所述辐射贴片为生长树-十字复合分形结构；所述生长树-十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构，基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。
2.根据权利要求1所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述生长树-十字复合分形结构使用的生长树分形结构为至少3阶的结构。
3.根据权利要求1所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述生长树-十字复合分形结构使用的十字分形结构为至少2阶的结构。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述辐射贴片的竖向对称中心线上开设有断开间隙，在断开间隙的两侧各设有一个天线馈电点。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述基板为低损耗微波陶瓷基板。
6.根据权利要求5所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述微波陶瓷基板的相对介电常数为5～8。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述基板的形状为矩形，尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm，厚度为0.5mm～1mm。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述生长树-十字复合分形辐射贴片总尺寸是20mm±0.1mm×11mm±0.1mm。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线，其特征在于：所述天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。
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