CN207818887U

CN207818887U - 梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线

Info

Publication number: CN207818887U
Application number: CN201820149153.6U
Authority: CN
Inventors: 林斌; 郑萍; 刘泽泰; 张颖; 沈少东; 魏昕煜
Original assignee: Xiamen University Tan Kah Kee College
Current assignee: Xiamen University Tan Kah Kee College
Priority date: 2018-01-30
Filing date: 2018-01-30
Publication date: 2018-09-04
Anticipated expiration: 2028-01-30

Abstract

本实用新型涉及一种梯形多缝‑六边形阵列复合超宽频带天线，括基板、分别贴覆在基板正面和背面的复合辐射贴片和复合接地板，复合辐射贴片包括若干个呈六边形阵列分布的辐射贴片，辐射贴片呈正六边形状，辐射贴片内对称设有两个缝隙天线，缝隙天线包括梯形状的天线本体，天线本体内沿高度方向间隔分布有至少三条长度递增的直线缝隙；复合接地板包括若干个呈六边形阵列分布的接地板，接地板呈正六边形状，接地板上开设有若干个绕六边形的中心呈圆周分布的直角三角形孔，直角三角形孔内填充有光子晶体。本实用新型设计合理，实现超宽的工作频带，并满足回波损耗低、在各个工作频段辐射性能均匀稳定等要求。

Description

梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线

技术领域：

本实用新型涉及一种梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线。

背景技术：

21世纪是无线通信技术飞速发展的时期，各种不同模式、不同频段的无线通信技术正在得到广泛的应用。目前，移动通信技术、射频识别技术、超宽带通信技术、移动数字电视技术是应用最为广泛的无线通信技术，他们都工作在微波频段，对终端硬件设备和通信协议的要求相似，具有很大的整合潜力。如果一款无线通信终端能够同时覆盖移动通信系统频段、射频识别系统频段、超宽带通信系统频段和移动数字电视系统频段，就能够实现在微波频段的多网合一。

我国目前正在同时使用第二代、第三代、第四代移动通信技术，第五代移动通信技术也即将投入使用。我国使用的第二代移动通信频段为GSM制式 0.905～0.915 GHz、0.950～0.960 GHz、1.710～1.785 GHz、1.805～1.880 GHz频段；第三代移动通信频段为TD-SCDMA制式1.880～1.920 GHz、2.010～2.025 GHz、2.300～2.400 GHz频段和WCDMA制式1.920～1.980 GHz、2.110～2.170 GHz频段；第四代移动通信频段为TD-LTE制式 2.570～2.620 GHz频段。即将投入使用的第五代移动通信有三个候选频段，分别为：3.300～3.400GHz、4.400～4.500 GHz、4.800～4.990 GHz。射频识别系统有三个主要的工作频段：0.902～0.928 GHz、2.400～2.4835 GHz、5.725～5.875 GHz。超宽带系统的工作频段为3.100～10.600 GHz。移动数字电视系统工作频段为11.700～12.200 GHz。一款微波频段的多网合一无线通信终端天线，应该能够同时覆盖上述所有工作频段，并满足回波损耗低、在各个工作频段辐射性能均匀稳定等要求。

实用新型内容：

有鉴于此，本实用新型的目的在于针对以上不足之处，提供一种梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，结构设计合理，能够同时覆盖上述所有工作频段，且工作稳定。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，包括基板、分别贴覆在基板正面和背面的复合辐射贴片和复合接地板，所述复合辐射贴片包括若干个呈六边形阵列分布的辐射贴片，所述辐射贴片呈正六边形状，辐射贴片内对称设置有两个缝隙天线，所述缝隙天线包括梯形状的天线本体，所述天线本体内沿高度方向间隔分布有至少三条长度递增的直线缝隙；所述复合接地板包括若干个呈六边形阵列分布的接地板，所述接地板呈正六边形状，接地板上开设有若干个绕六边形的中心呈圆周分布的直角三角形孔，所述直角三角形孔内填充有光子晶体。

进一步的，所述天线本体为等腰梯形状，所述直线缝隙与天线本体的上底及下底相平行，直线缝隙的宽度为0.3～0.7mm。

进一步的，所述接地板的每个六边形均匀分布成12个直角三角形区域，每个直角三角形区域的中心处均开设有一直角三角形孔，所述直角三角形孔与直角三角形区域的相似比为0.5。

进一步的，所述基板为低损耗微波陶瓷基板，基板的相对介电常数为40～50，基板的形状为矩形。

进一步的，所述辐射贴片为七个，其中一个辐射贴片位于中间，其余六个辐射贴片分布在中间辐射贴片的周部；所述接地板为七个，其中一个接地板位于中间，其余六个接地板分布在中间接地板的周部。

进一步的，所述辐射贴片和接地板的材质为铜、银、金或铝。

进一步的，所述复合辐射贴片的底部边沿中心设有天线馈电点。

与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：本实用新型结构设计合理，将梯形状的缝隙天线与六边形阵列结构相结合、光子晶体与六边形阵列结构相结合，实现该天线超宽的工作频带，同时覆盖第二代至第五代移动通信系统频段、射频识别系统频段、超宽带通信系统频段和移动数字电视系统频段，并满足回波损耗低、在各个工作频段辐射性能均匀稳定等要求，具有超强的兼容性，应用潜力较大。

附图说明：

图1是本实用新型实施例的正面构造示意图；

图2是本实用新型实施例的背面构造示意图；

图3是六边形阵列结构的构造示意图；

图4是缝隙天线的构造示意图；

图5是接地板的构造示意图；

图6是本实用新型实施例中的回波损耗(S₁₁)性能图。

图中：

1-基板；2-复合辐射贴片；201-辐射贴片；202-天线本体；203-直线缝隙；3-复合接地板；301-接地板；302-直角三角形孔。

具体实施方式:

为了更清楚地解释本实用新型，下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明，显而易见地，下面所列的附图仅仅是本实用新型的一些具体实施例。

如图1-5所示，本实用新型一种梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，包括基板1、分别贴覆在基板1正面和背面的复合辐射贴片2和复合接地板3，所述复合辐射贴片2包括若干个呈六边形阵列分布的辐射贴片201，所述辐射贴片201呈正六边形状，辐射贴片201内对称设置有两个缝隙天线，所述缝隙天线包括梯形状的天线本体202，所述天线本体202内沿高度方向间隔分布有至少三条长度递增的直线缝隙203；所述复合接地板3包括若干个呈六边形阵列分布的接地板301，所述接地板301呈正六边形状，接地板301上开设有若干个绕六边形的中心呈圆周分布的直角三角形孔302，所述直角三角形孔302内填充有光子晶体。将梯形状的缝隙天线与六边形阵列结构相结合，通过多条不同长度的缝隙的辐射叠加，保证天线有较高的辐射强度和较大的工作带宽，而采用六边形阵列结构的完美对称，使射频电流在天线内部均匀分布，增大了天线的工作带宽并保证天线在各个工作频段的辐射性能均匀稳定，回波损耗低。同时，将光子晶体与六边形阵列结构相结合，形成了光子晶体结构，这种结构会产生光子带隙，利用产生的光子带隙进一步拓展了天线的工作频段，使天线具有优异的超宽频段工作性能。

本实施例中，所述天线本体202为上底长度为8.0 mm±0.1 mm、下底长度为16.0mm±0.1 mm的等腰梯形状，所述直线缝隙203与天线本体202的上底及下底相平行，直线缝隙的宽度为0.3～0.7mm，每条直线缝隙的长度不同，工作频带不同，多条直线缝隙的辐射叠加，可以形成一个较宽的工作频带。缝隙天线可以很方便的通过改变直线缝隙的数量，来调整天线的工作频带。

本实施例中，所述接地板301的每个六边形均匀分布成12个直角三角形区域，每个直角三角形区域的中心处均开设有一直角三角形孔302，所述直角三角形孔302与直角三角形区域的相似比为0.5，即三角形孔各边的边长为对应直角三角形区域各边边长的一半。直角三角形孔周期性的分布在金属六边形阵列结构中，构成光子晶体结构，这种结构会产生光子带隙，部分阻止一定频率的电磁波的传播。经过合理设计，可以让光子晶体结构产生的光子带隙位于天线工作频段中，这样天线在原工作频段的辐射会被部分阻止，而在邻近的频段产生辐射，从而增大天线的工作带宽。

本实施例中，所述基板1为低损耗微波陶瓷基板，基板的相对介电常数为40～50，基板的形状为矩形，基板的长×宽×厚为40 mm±0.1 mm×41.6 mm±0.1 mm×1 mm±0.1mm。

本实施例中，所述辐射贴片201和接地板301的材质为铜、银、金或铝。

本实施例中，所述复合辐射贴片2的底部边沿中心设有天线馈电点。

本实施例中，所述辐射贴片201为七个，其中一个辐射贴片201位于中间，其余六个辐射贴片201分布在中间辐射贴片201的周部；所述接地板301为七个，其中一个接地板301位于中间，其余六个接地板301分布在中间接地板301的周部。辐射贴片201与接地板301的边长均为8.0 mm±0.1 mm。

本实施例中，复合辐射贴片2与复合接地板3均采用六边形阵列结构，六边形阵列结构是模仿自然界中蜂巢结构的仿生结构，其空间利用率高，且极其坚固，具有很高的机械强度和很好的抗破坏性。六边形阵列结构是一种完美对称结构，射频电流在其内部可以均匀分布，保证了天线具有超宽频带工作特性。

根据天线实测结果显示，该天线的工作频带范围为0.538～15.131 GHz，工作带宽为14.593 GHz，带宽倍频程为28.12，在整个工作频带内天线回波损耗都低于-10 dB，回波损耗最小值为-51.69 dB。实测结果显示，该款天线完全覆盖了0.902～0.928 GHz、0.905～0.915 GHz、0.950～0.960 GHz、1.710～1.785 GHz、1.805～1.880 GHz、1.880～1.920GHz、1.920～1.980 GHz、2.010～2.025 GHz、2.110～2.170 GHz、2.300～2.400 GHz、2.400～2.4835 GHz、2.570～2.620 GHz、3.300～3.400 GHz、4.400～4.500 GHz、4.800～4.990GHz、5.725～5.875 GHz、3.100～10.600 GHz、11.700～12.200 GHz等第二代至第五代移动通信所有制式所有工作频段、射频识别系统工作频段、超宽带系统工作频段、移动数字电视系统工作频段。

与用于移动通信系统、射频识别系统、超宽带通信系统、移动数字电视系统的常规天线比较，该天线具有突出的优点和显著的效果：该款天线用一个超宽的工作频带，同时覆盖第二代至第五代移动通信系统频段、射频识别系统频段、超宽带通信系统频段和移动数字电视系统频段，其超宽带工作性能远远好于用多个工作频段叠加的方式实现覆盖的常规天线；该款天线在0.702～14.503 GHz的频率范围内，回波损耗值都低于-50 dB，且波动很小，回波损耗远低于常规天线，且在各个工作频段的辐射性能具有很高的稳定性；天线使用了六边形阵列仿生结构，具有很高的机械强度，抗破坏性强。

附图6给出了本实用新型实施例的回波损耗(S₁₁)性能图，从附图6可以看出，实测结果显示，该款天线的工作频带范围为0.538～15.131 GHz，工作带宽为14.593 GHz，带宽倍频程为28.12，在整个工作频带内天线回波损耗都低于-10 dB，回波损耗最小值为-51.69dB。实测结果显示，该款天线能够用一个超宽的工作频带，同时覆盖第二代至第五代移动通信系统频段、射频识别系统频段、超宽带通信系统频段和移动数字电视系统频段，并满足回波损耗低、在各个工作频段辐射性能均匀稳定等要求，具有超强的兼容性，应用潜力较大。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims

1.一种梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：包括基板、分别贴覆在基板正面和背面的复合辐射贴片和复合接地板，所述复合辐射贴片包括若干个呈六边形阵列分布的辐射贴片，所述辐射贴片呈正六边形状，辐射贴片内对称设置有两个缝隙天线，所述缝隙天线包括梯形状的天线本体，所述天线本体内沿高度方向间隔分布有至少三条长度递增的直线缝隙；所述复合接地板包括若干个呈六边形阵列分布的接地板，所述接地板呈正六边形状，接地板上开设有若干个绕六边形的中心呈圆周分布的直角三角形孔，所述直角三角形孔内填充有光子晶体。

2.根据权利要求1所述的梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：所述天线本体为等腰梯形状，所述直线缝隙与天线本体的上底及下底相平行，直线缝隙的宽度为0.3～0.7mm。

3.根据权利要求1所述的梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：所述接地板均匀分布成12个直角三角形区域，每个直角三角形区域的中心处均开设有一直角三角形孔，所述直角三角形孔与直角三角形区域的相似比为0.5。

4.根据权利要求1所述的梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：所述基板为低损耗微波陶瓷基板，基板的相对介电常数为40～50，基板的形状为矩形。

5.根据权利要求1所述的梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：所述辐射贴片为七个，其中一个辐射贴片位于中间，其余六个辐射贴片分布在中间辐射贴片的周部；所述接地板为七个，其中一个接地板位于中间，其余六个接地板分布在中间接地板的周部。

6.根据权利要求1或5所述的梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：所述辐射贴片和接地板的材质为铜、银、金或铝。

7.根据权利要求1所述的梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：所述复合辐射贴片的底部边沿中心设有天线馈电点。