CN208078165U - 基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，所述天线包括一个以上的正六边形面阵单元；所述面阵单元的辐射面由六个相同大小的等边三角形单元在同平面内拼接而成；每个等边三角形单元内设有多枚相同大小的微天线辐射贴片，所述微天线辐射贴片呈等边三角形；所述六边形面阵单元辐射面内，各微天线辐射贴片按谢尔宾斯基三角分形结构在各个等边三角形单元中分布；本实用新型具有超宽频带工作特性，而且保证天线在多个工作频段均有均匀平稳的辐射特性。

Description

基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构

技术领域

本实用新型涉及通信天线技术领域，尤其是基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构。

背景技术

多网合一、多频段兼容是未来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、移动数字电视系统是目前应用最为广泛、发展前景最好的无线通信系统，它们的工作频段较为接近，对终端设备的硬件和软件要求较为相似，整合潜力较大。

目前，我国的第二代、第三代、第四代移动通信系统长期共存，第五代移动通信系统也即将在2020年前后投入使用，我国的移动通信工作频段为：第二代移动通信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TD-SCDMA制式1.880～1.920 GHz、2.010～2.025 GHz、2.300～2.400 GHz频段；第三代移动通信WCDMA制式 1.920～1.980 GHz、2.110～2.170 GHz频段；第四代移动通信TD-LTE制式 2.570～2.620 GHz频段；第五代移动通信3.300～3.400 GHz、4.400～4.500GHz、4.800～4.990 GHz三个候选频段。目前，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。

一款天线要实现对移动通信系统、射频识别系统、超宽带通信系统、移动数字电视系统的整合，实现多网合一和多频段兼容，就必须完全覆盖上述的所有工作频段，并满足回波损耗低、辐射性能稳定、有较大性能冗余的要求。

分形结构是一种基于迭代形成的几何结构，其整体和局部、局部和局部之间都具有自相似性，射频电流在分形结构内部可以实现均匀分布，因此分形结构用于天线设计时，具有良好的宽频带工作特性。谢尔宾斯基三角分形结构是一种常见的面分形结构，它用于天线设计时，具有多个谐振频带，其第一个层次的分形结构，在低频处产生了一个谐振点。随着天线分形层次的不断深入，原有的谐振点保持不变，但在高频端增加了新的谐振点，各谐振频带具有相似的辐射特性，而且谐振点的个数与分形的结构层次数相等。高阶谢尔宾斯基三角分形结构的多个谐振频带叠加，可以形成很宽的天线工作频带。

仿生学是研究生物系统的结构和性质并为工程技术提供新的设计思想及工作原理的科学，它通过研究生物体的结构、功能及工作原理，将这些原理移植于工程技术之中，实用新型性能优越的仪器、装置和机器。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。

如果将谢尔宾斯基三角分形结构与六边形阵列结构相结合，就能得到兼具二者优点的谢尔宾斯基-六边形阵列复合天线，如何更好地设计此类天线，是一个研究方向。

发明内容

本实用新型提出基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，具有超宽频带工作特性，而且保证天线在多个工作频段均有均匀平稳的辐射特性。

本实用新型采用以下技术方案。

基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，所述天线包括一个以上的正六边形面阵单元；所述面阵单元的辐射面由六个相同大小的等边三角形单元在同平面内拼接而成；每个等边三角形单元内设有多枚相同大小的微天线辐射贴片，所述微天线辐射贴片呈等边三角形；所述六边形面阵单元辐射面内，各微天线辐射贴片按谢尔宾斯基三角分形结构在各个等边三角形单元中分布。

所述微天线辐射贴片按至少三阶的谢尔宾斯基三角分形结构在每个等边三角形单元内分布。

所述等边三角形单元的边长为8.0 mm±0.1 mm；各三角形的微天线辐射贴片的尺寸规格为所述等边三角形单元经过谢尔宾斯基分形迭代所得。

所述天线由七个六边形面阵单元组成，其分布为六个面阵单元围绕一个面阵单元。

所述正六边形面阵单元的的边长均为8.0 mm±0.1 mm。

所述面阵单元的各等边三角形单元均设于天线接地板上；所述天线接地板为全金属接地结构。

所述天线接地板设于基板上，所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为40-50。

所述基板的形状为矩形，尺寸是40 mm±0.1 mm×41.6 mm±0.1 mm，厚度为1 mm±0.1 mm。

所述六边形面阵单元的底部边沿中心设有天线馈电点。

所述天线接地板和微天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。

本实用新型将谢尔宾斯基三角分形结构与六边形阵列结构相结合，从而得到兼具二者优点的谢尔宾斯基-六边形阵列复合天线；六边形阵列结构保证了天线结构完美对称，天线内部具有均匀分布的射频电流，使得天线能够宽频段工作；谢尔宾斯基三角分形结构具有自相似性，可以进一步展宽天线的工作频带，并且保证天线在多个工作频段有均匀平稳的辐射特性。

本实用新型所述天线，能覆盖第二代至第五代移动通信所有制式所有工作频段、射频识别系统频段、超宽带系统频段和移动数字电视系统频段，回波损耗低、辐射性能稳定、有较大性能冗余。

本实用新型天线使用了极其坚固的六边形阵列结构，具有很高的机械强度，抗破坏性强。

本实用新型所述的天线实测结果显示，该款天线的工作频带范围为0.558～14.802 GHz，工作带宽为14.244 GHz，带宽倍频程为26.53，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-46.19 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、1.805～1.880GHz、1.880～1.920 GHz、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、4.400～4.500GHz、4.800～4.990 GHz、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，本实用新型的该款天线具有突出的优点和显著的效果：该款天线同时实现了低回波损耗和大工作带宽，回波损耗最小值低达-46.19 dB，带宽倍频程高达26.53，天线具有优异的辐射性能，且具有较大性能冗余，可以在各种不可预知的恶劣电磁环境下保证移动通信、射频识别、超宽带通信、移动数字电视无线信号有较好的传输效果；天线在多个工作频段有均匀平稳的辐射特性，在2 GHz以下的低频段和10 GHz以上的高频段都有较好的辐射性能，工作稳定性较强。

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是本实用新型所述天线的辐射面示意图；

附图2是等边三角形单元在本实用新型所述正六边形面阵单元辐射面的分布示意图；

附图3是微天线辐射贴片在本实用新型所述等边三角形单元辐射面的分布示意图；

附图4是微天线辐射贴片在本实用新型所述正六边形面阵单元辐射面的分布示意图；

附图5是微天线辐射贴片在本实用新型所述天线辐射面的分布示意图；

附图6是本实用新型实施例的回波损耗(S₁₁)性能图；

图中：1-正六边形面阵单元；2-基板；3-微天线辐射贴片；4-天线接地板；5-等边三角形单元。

具体实施方式

如图1-5所示，基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，所述天线包括一个以上的正六边形面阵单元1；所述面阵单元的辐射面由六个相同大小的等边三角形单元5在同平面内拼接而成；每个等边三角形单元5内设有多枚相同大小的微天线辐射贴片3，所述微天线辐射贴片呈等边三角形；所述六边形面阵单元辐射面内，各微天线辐射贴片按谢尔宾斯基三角分形结构在各个等边三角形单元中分布。

所述微天线辐射贴片按至少三阶的谢尔宾斯基三角分形结构在每个等边三角形单元内分布。

所述等边三角形单元的边长为8.0 mm±0.1 mm；各三角形的微天线辐射贴片的尺寸规格为所述等边三角形单元经过谢尔宾斯基分形迭代所得。

所述天线由七个六边形面阵单元组成，其分布为六个面阵单元围绕一个面阵单元。

所述正六边形面阵单元的的边长均为8.0 mm±0.1 mm。

所述面阵单元的各等边三角形单元均设于天线接地板4上；所述天线接地板为全金属接地结构。

所述天线接地板设于基板5上，所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为40-50。

所述基板5的形状为矩形，尺寸是40 mm±0.1 mm×41.6 mm±0.1 mm，厚度为1 mm±0.1 mm。

所述六边形面阵单元的底部边沿中心设有天线馈电点。

所述天线接地板和微天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。

本例中，贴覆在基板正面的天线辐射面为谢尔宾斯基-六边形阵列复合辐射贴片，所述谢尔宾斯基-六边形阵列复合辐射贴片是由42个谢尔宾斯基三角分形小天线按照六边形阵列结构排列组成的复合天线。

Claims (10)

1.基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述天线包括一个以上的正六边形面阵单元；所述面阵单元的辐射面由六个相同大小的等边三角形单元在同平面内拼接而成；每个等边三角形单元内设有多枚相同大小的微天线辐射贴片，所述微天线辐射贴片呈等边三角形；所述六边形面阵单元辐射面内，各微天线辐射贴片按谢尔宾斯基三角分形结构在各个等边三角形单元中分布。

2.根据权利要求1所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述微天线辐射贴片按至少三阶的谢尔宾斯基三角分形结构在每个等边三角形单元内分布。

3.根据权利要求2所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述等边三角形单元的边长为8.0 mm±0.1 mm；各三角形的微天线辐射贴片的尺寸规格为所述等边三角形单元经过谢尔宾斯基分形迭代所得。

4.根据权利要求1所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述天线由七个六边形面阵单元组成，其分布为六个面阵单元围绕一个面阵单元。

5.根据权利要求4所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述正六边形面阵单元的的边长均为8.0 mm±0.1 mm。

6.根据权利要求4所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述面阵单元的各等边三角形单元均设于天线接地板上；所述天线接地板为全金属接地结构。

7.根据权利要求6所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述天线接地板设于基板上，所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为40-50。

8.根据权利要求7所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述基板的形状为矩形，尺寸是（40 mm±0.1 mm）×（41.6 mm±0.1 mm），厚度为1 mm±0.1 mm。

9.根据权利要求4所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述六边形面阵单元的底部边沿中心设有天线馈电点。

10.根据权利要求6所述的基于谢尔宾斯基构件的六边形阵列复合超宽频带天线结构，其特征在于：所述天线接地板和微天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。