CN207967293U - 嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出嵌套分形环偶极子‑互补缝隙复合超宽频带天线结构，所述天线结构包括一个片形的辐射体；所述辐射体包括薄膜基质、薄膜基质正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片、薄膜基质反面的互补缝隙感应辐射贴片；所述嵌套分形环偶极子辐射贴片包括辐射臂单元，所述辐射臂单元包括馈线、馈电环和若干感应环；所述馈电环为四边形环结构，所述四边形环结构的四边为相同阶数的科赫分形，所述科赫分形的阶数至少为两个；所述馈线与馈电环相连，所述感应环与馈电环形状相同且环心相同，感应环嵌套于馈电环内且感应环各边与馈电环平行；本实用新型能基于科赫分形结构制作高性能天线。

Description

嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构

技术领域

本实用新型涉及天线技术领域，尤其是嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构。

背景技术

进入21世纪以来，无线通信技术飞速发展，日新月异，移动通信手机、射频识别读写器、超宽带通信终端、移动数字电视等无线通信应用设备不断涌现。将多种无线通信设备整合在一起，实现无线通信的多网合一与多频段兼容，是21世纪无线通信技术发展的重要趋势。

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工作频段接近，都位于微波频段，且各自的硬件设备具有很大的通用性，有望通过整合实现微波频段的多网合一。我国目前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 2.570～2.620GHz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：3.300～3.400 GHz、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。微波频段多网合一天线必须能够超宽频带工作，能够同时覆盖上述所有工作频段，具有微波频段多频段兼容功能，辐射性能较好，有较大性能冗余。整合后的多网合一终端设备要同时和多种基站、信号源设备进行通信，多网合一终端内部和外壳也有较多金属部件，射频信号源、周围环境电磁波、金属部件的反射信号都可能对多网合一天线的辐射产生干扰。这就要求微波频段多网合一天线具有强抗干扰性能，能够有效屏蔽周围电磁场和金属物体反射信号的干扰。

分形结构因其自相似性，具有天然的宽频带工作特性，成为设计宽频带天线的首选结构之一。

科赫分形是一种具有很强尺寸压缩特性的线分形结构，其初始元为一段直线段，将它等分为三段小线段，将中间的一段小线段用长度相同、成60度角的两段小线段替代，可以得到1阶科赫分形结构；对1阶科赫分形结构的每条直线段做相似的替换，可以得到2阶科赫分形结构；这样一直迭代替换下去，可以得到高阶科赫分形结构。

发明内容

本实用新型提出嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，能基于科赫分形结构制作高性能天线。

本实用新型采用以下技术方案。

嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，所述天线结构包括一个片形的辐射体；所述辐射体包括薄膜基质、薄膜基质正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片、薄膜基质反面的互补缝隙感应辐射贴片；所述嵌套分形环偶极子辐射贴片包括辐射臂单元，所述辐射臂单元包括馈线、馈电环和若干感应环；所述馈电环为四边形环结构，所述四边形环结构的四边为相同阶数的科赫分形，所述科赫分形的阶数至少为两个；所述馈线与馈电环相连，所述感应环与馈电环形状相同且环心相同，感应环嵌套于馈电环内且感应环各边与馈电环平行。

所述嵌套分形环偶极子辐射贴片内的辐射臂单元为两个，两辐射臂单元以嵌套分形环偶极子辐射贴片的中心点为对称点，在嵌套分形环偶极子辐射贴片内对称设置。

两辐射臂单元之间的对称中心线处设有隔断间隙，两辐射臂单元的馈电点分设于隔断间隙的两侧。

所述互补缝隙感应辐射贴片内设互补缝隙，所述互补缝隙按辐射臂单元导体的分布形状设置。

所述互补缝隙的缝隙侧壁为互补缝隙感应辐射贴片的导电体；所述互补缝隙的缝隙底部为薄膜基质。

所述辐射体的下方设有陶瓷薄片；所述陶瓷薄片与辐射体相背的表面处设有铁氧体涂层。

所述薄膜基质正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片、薄膜基质反面的互补缝隙感应辐射贴片由石墨烯导电墨水印制而成。

所述薄膜基质为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜基质，其形状为矩形，尺寸是30.4 mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm，厚度为0.2 mm±0.02 mm，相对介电常数为3.0±0.1；

所述陶瓷薄片为低损耗微波陶瓷薄片，其形状为矩形，尺寸是30.4 mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm，厚度为0.5 mm±0.1 mm，相对介电常数为55±5；

所述铁氧体涂层的尺寸与陶瓷薄片的尺寸相同，所用铁氧体是软磁铁氧体，所述软磁铁氧体以包括三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶在内的材料配制烧结成型。

所述辐射臂单元的馈线长度为1 mm±0.1 mm；所述馈电环分布区域尺寸为14.2mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm；所述嵌套于馈电环内部的感应环数量至少为两个。

本实用新型中，使用四条至少2阶的科赫分形折线组成具有分形结构的馈电环，分形结构的自相似性可以使馈电分形环上的射频电流均匀分布，保证其具有宽频带工作特性。使用馈电分形环和馈线组成偶极子臂，可以设计具有良好宽频带工作性能的馈电分形环偶极子天线。

本实用新型中，在具分形结构的馈电环的偶极子臂内部，添加与外侧馈电分形环形状相似、尺寸较小的多个带分形结构的感应环，可以部分吸收馈电分形环的辐射并产生二次辐射；由于馈电分形环与感应分形环尺寸不同，工作频率不同，多个工作在不同频段的分形环的辐射叠加，可以得到一个辐射性能和带宽性能都较好的工作频段。

本实用新型中，在互补缝隙感应辐射贴片的矩形导电区域中，挖去与嵌套分形环偶极子天线大小形状完全一致的导电区域，从而得到缝隙天线。嵌套分形环偶极子天线与缝隙天线形成互补天线，两者除了极化方式略有差别外，其他辐射性能都很接近。互补缝隙天线会吸收嵌套分形环偶极子天线的部分辐射能量，并产生二次辐射，嵌套分形环偶极子辐射贴片、互补缝隙感应辐射贴片所形成的一对互补天线的辐射在空间中同向叠加，可以大大增强天线的辐射强度。

本实用新型中，所述薄膜基质为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜基质，聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜的化学稳定性非常好，可以耐油、耐稀酸、耐稀碱，耐大多数溶剂，在-70℃到150℃的温度范围内都可以正常工作，使用它作为天线基质材料，可以保证天线有稳定的物理和化学性质。

本实用新型中，所述薄膜基质正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片、薄膜基质反面的互补缝隙感应辐射贴片由石墨烯导电墨水印制而成；该设计中，石墨烯具有很高的电子迁移率，能够容纳强度很高的射频电流，以石墨烯导电墨水印制天线辐射贴片，可以增强天线内部的射频电流强度，提高天线辐射强度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步详细的说明：

附图1是科赫分形的一阶至三阶的演进示意图；

附图2是嵌套分形环偶极子辐射贴片的示意图；

附图3是互补缝隙感应辐射贴片的示意图；

附图4是天线的分层示意图；

附图5是本实用新型实施例的回波损耗性能图；

图中：1-嵌套分形环偶极子辐射贴片；2-辐射臂单元；3-馈电环；4-感应环；5-馈线；6-隔断间隙；7-互补缝隙感应辐射贴片；8-互补缝隙；9-辐射体；10-陶瓷薄片；11-铁氧体涂层；12-薄膜基质。

具体实施方式

如图1-5所示，嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，所述天线结构包括一个片形的辐射体9；所述辐射体包括薄膜基质12、薄膜基质12正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片1、薄膜基质12反面的互补缝隙感应辐射贴片7；所述嵌套分形环偶极子辐射贴片包括辐射臂单元2，所述辐射臂单元2包括馈线5、馈电环3和若干感应环4；所述馈电环3为四边形环结构，所述四边形环结构的四边为相同阶数的科赫分形，所述科赫分形的阶数至少为两个；所述馈线5与馈电环3相连，所述感应环4与馈电环3形状相同且环心相同，感应环嵌套于馈电环内且感应环各边与馈电环平行。

所述嵌套分形环偶极子辐射贴片内的辐射臂单元2为两个，两辐射臂单元2以嵌套分形环偶极子辐射贴片的中心点为对称点，在嵌套分形环偶极子辐射贴片内对称设置。

两辐射臂单元之间的对称中心线处设有隔断间隙6，两辐射臂单元的馈电点分设于隔断间隙的两侧。

所述互补缝隙感应辐射贴片7内设互补缝隙8，所述互补缝隙8按辐射臂单元2导体的分布形状设置。

所述互补缝隙8的缝隙侧壁为互补缝隙感应辐射贴片7的导电体；所述互补缝隙的缝隙底部为薄膜基质。

所述辐射体9的下方设有陶瓷薄片10；所述陶瓷薄片10与辐射体9相背的表面处设有铁氧体涂层11。

所述薄膜基质正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片、薄膜基质反面的互补缝隙感应辐射贴片由石墨烯导电墨水印制而成。

所述薄膜基质为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜基质，其形状为矩形，尺寸是30.4 mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm，厚度为0.2 mm±0.02 mm，相对介电常数为3.0±0.1；

所述陶瓷薄片为低损耗微波陶瓷薄片，其形状为矩形，尺寸是30.4 mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm，厚度为0.5 mm±0.1 mm，相对介电常数为55±5；

所述铁氧体涂层的尺寸与陶瓷薄片的尺寸相同，所用铁氧体是软磁铁氧体，所述软磁铁氧体以包括三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶在内的材料配制烧结成型。

所述辐射臂单元的馈线长度为1 mm±0.1 mm；所述馈电环分布区域尺寸为14.2mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm；所述嵌套于馈电环内部的感应环数量至少为两个。

Claims (9)

1.嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述天线结构包括一个片形的辐射体；所述辐射体包括薄膜基质、薄膜基质正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片、薄膜基质反面的互补缝隙感应辐射贴片；所述嵌套分形环偶极子辐射贴片包括辐射臂单元，所述辐射臂单元包括馈线、馈电环和若干感应环；所述馈电环为四边形环结构，所述四边形环结构的四边为相同阶数的科赫分形，所述科赫分形的阶数至少为两个；所述馈线与馈电环相连，所述感应环与馈电环形状相同且环心相同，感应环嵌套于馈电环内且感应环各边与馈电环平行。

2.根据权利要求1所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述嵌套分形环偶极子辐射贴片内的辐射臂单元为两个，两辐射臂单元以嵌套分形环偶极子辐射贴片的中心点为对称点，在嵌套分形环偶极子辐射贴片内对称设置。

3.根据权利要求2所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：两辐射臂单元之间的对称中心线处设有隔断间隙，两辐射臂单元的馈电点分设于隔断间隙的两侧。

4.根据权利要求1所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述互补缝隙感应辐射贴片内设互补缝隙，所述互补缝隙按辐射臂单元导体的分布形状设置。

5.根据权利要求4所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述互补缝隙的缝隙侧壁为互补缝隙感应辐射贴片的导电体；所述互补缝隙的缝隙底部为薄膜基质。

6.根据权利要求1所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述辐射体的下方设有陶瓷薄片；所述陶瓷薄片与辐射体相背的表面处设有铁氧体涂层。

7.根据权利要求6所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述薄膜基质正面的嵌套分形环偶极子辐射贴片、薄膜基质反面的互补缝隙感应辐射贴片由石墨烯导电墨水印制而成。

8. 根据权利要求6所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述薄膜基质为聚对苯二甲酸乙二酯薄膜基质，其形状为矩形，尺寸是30.4 mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm，厚度为0.2 mm±0.02 mm，相对介电常数为3.0±0.1；

所述陶瓷薄片为低损耗微波陶瓷薄片，其形状为矩形，尺寸是30.4 mm±0.1 mm×14.2mm±0.1 mm，厚度为0.5 mm±0.1 mm，相对介电常数为55±5；

所述铁氧体涂层的尺寸与陶瓷薄片的尺寸相同，所用铁氧体是软磁铁氧体，所述软磁铁氧体以包括三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶在内的材料配制烧结成型。

9. 根据权利要求2所述的嵌套分形环偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述辐射臂单元的馈线长度为1 mm±0.1 mm；所述馈电环分布区域尺寸为14.2 mm±0.1 mm×14.2 mm±0.1 mm；所述嵌套于馈电环内部的感应环数量至少为两个。