一种多频段兼容分形阵列天线制造技术

本发明专利技术涉及一种多频段兼容分形阵列天线，具体包括基板、贴覆在所述基板背面的天线接地板和贴覆在所述基板正面的蝶形仿生分形阵列辐射贴片；所述天线接地板为全金属接地结构，所述蝶形仿生分形阵列辐射贴片是由46个蝶形仿生小天线按照希尔伯特分形阵列结构排列组成的天线阵列。本发明专利技术具有较高的辐射强度和超宽的工作带宽，可以同时覆盖第二代、第三代、第四代、第五代移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段。

A multiband compatible fractal array antenna

The invention relates to a multi band compatible fractal antenna array, including substrate, covered ground and covered in butterfly fractal array radiation patch antenna in front of the base of the back surface of the substrate; the antenna ground structure of all metal, the butterfly radiation patch fractal the array is arranged in antenna array is composed of 46 small Butterfly bionic antenna according to the Hilbert fractal array structure. The invention has high radiation intensity and ultra wide working bandwidth, and can simultaneously cover the second generation, the third generation, the fourth generation and the fifth generation mobile communication frequency band, the radio frequency identification frequency band and the ultra wideband communication frequency band.

【技术实现步骤摘要】
一种多频段兼容分形阵列天线
本专利技术涉及通信
，特别是一种多频段兼容分形阵列天线。
技术介绍
多网合一是目前无线通信发展的重要趋势。移动通信手机、射频识别读写器、超宽带通信手持终端是三种常见的无线通信手持终端设备，它们的工作频率接近，具有很大的整合潜力。如果一款天线能够同时覆盖第二代至第五代移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段，使用这款天线的智能手机就将兼具射频识别读写器和超宽带通信手持终端的功能，可以读写校园卡、身份证、银行芯片卡、门禁卡、物流标签信息，可以实现近距离高速数据传输，智能手机将升级成为多功能的“智能终端”。目前，第二代、第三代、第四代移动通信模式长期共存，第五代移动通信即将于2020年投入使用，一款移动通信手机天线需要覆盖的频段为第二代移动通信GSM制式0.905～0.915GHz、0.950～0.960GHz、1.710～1.785GHz、1.805～1.880GHz频段，第三代移动通信TD-SCDMA制式1.880～1.920GHz、2.010～2.025GHz、2.300～2.400GHz频段，第三代移动通信WCDMA制式1.920～1.980GHz、2.110～2.170GHz频段，第四代移动通信TD-LTE制式2.570～2.620GHz频段，第五代移动通信3.300～3.400GHz、4.400～4.500GHz、4.800～4.990GHz三个候选频段。目前，射频识别技术最具有应用前景的频段为0.902～0.928GHz、2.400～2.4835GHz和5.725～5.875GHz。美国联邦通信委员会（FCC）确定的超宽带(UWB)通信的频段为3.100～10.600GHz，这一标准现在已成为超宽带通信系统天线的国际标准。兼容移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段的“智能终端”天线需要覆盖上述所有频段，并同时满足小尺寸、低厚度、低回波损耗、大工作带宽的要求，具有较大的性能冗余，能够在各种不可预知的恶劣电磁环境下保证无线通信信号的传输质量。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，专利技术性能优越的仪器、装置和机器，以及创造新技术。在自然界中，蝴蝶的身体和翅膀对电磁波具有良好的吸收作用。模仿蝴蝶的外形并合理馈电，可以设计兼具收发电磁波功能的、性能优异的射频天线。分形几何是通过迭代产生的具有自相似特性的几何结构，它的整体与局部之间以及局部与局部之间都具有自相似性，天线的分形设计是电磁理论与分形几何学的融合。与传统电磁器件相比，基于分形结构的电磁器件具有小型化、宽频带、多频工作、自加载等优点，能够很好的满足移动通信系统对电磁器件的性能要求。分形阵列是将多个阵元天线按照分形迭代规律排布为天线阵列的组阵方法，可以充分发挥分形结构自相似性的优点，在通过组阵增强天线辐射强度的同时，保证天线阵列具有较大的工作带宽。与本申请技术最接近的现有技术是仿生超宽带天线，目前已有一项专利技术专利授权：1.刘英、龚书喜、姜文、李延平、洪涛、王文涛，低雷达散射截面的超宽带仿生天线，专利号：200910023245.5，已于2012年9月5日授权。该项专利使用类似昆虫触角的仿生辐射结构，与本专利技术的蝶形仿生辐射结构完全不同。该项专利申请的是单体天线，而本申请将蝶形仿生小天线，按照希尔伯特分形阵列结构排列组成阵列天线。本专利技术技术使用了蝶形仿生辐射结构，其由一个矩形“蝴蝶身体”和四个形状完全一致的平行四边形“蝴蝶翅膀”构成，每个“蝴蝶翅膀”上有4个完全一致平行四边形缝隙。总共16个缝隙的辐射相叠加，可以得到一个很宽的工作频带。这种蝶形仿生辐射结构具有很强的性能冗余和抗破坏性，在三个“蝴蝶翅膀”损坏的情况下仍然能够工作。本专利技术将蝶形仿生小天线作为阵元天线，按照希尔伯特分形阵列结构排列组成天线阵列，多个阵元天线的辐射能够同相叠加，天线具有较高的辐射强度和超宽的工作带宽，可以同时覆盖第二代、第三代、第四代、第五代移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种多频段兼容分形阵列天线，具有较高的辐射强度和超宽的工作带宽，可以同时覆盖第二代、第三代、第四代、第五代移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段。本专利技术采用以下方案实现：一种多频段兼容分形阵列天线，具体包括基板、贴覆在所述基板背面的天线接地板和贴覆在所述基板正面的蝶形仿生分形阵列辐射贴片；所述天线接地板为全金属接地结构，所述蝶形仿生分形阵列辐射贴片是由46个蝶形仿生小天线按照希尔伯特分形阵列结构排列组成的天线阵列。进一步地，所述蝶形仿生小天线的大小为2.0mm±0.01mm×2.0mm±0.01mm。进一步地，所述蝶形仿生小天线的蝶形由一个矩形蝴蝶身体部分和四个形状完全一致的平行四边形蝴蝶翅膀部分构成，每个蝴蝶翅膀部分的宽度为0.55mm±0.01mm。进一步地，所述蝶形仿生小天线的蝴蝶身体部分位于天线几何中心，尺寸为0.5mm±0.01mm×0.1mm±0.01mm；每个蝴蝶翅膀部分上有4个平行四边形缝隙，每个缝隙长度为0.35mm±0.01mm，宽度为0.1mm±0.01mm，两个缝隙之间的距离为0.1mm±0.01mm，第1个缝隙与蝴蝶翅膀部分上边沿的距离为0.15mm±0.01mm，第4个缝隙与蝴蝶翅膀部分下边沿的距离为0.15mm±0.01mm。较佳的，蝶形仿生小天线的辐射主要由四个“蝴蝶翅膀”上的平行四边形缝隙完成，总共16个缝隙的辐射相叠加，可以得到一个很宽的工作频带。这种蝶形仿生辐射结构具有很强的性能冗余和抗破坏性，在三个“蝴蝶翅膀”损坏的情况下仍然能够工作。进一步地，所述蝶形仿生分形阵列辐射贴片使用希尔伯特分形阵列结构作为基本阵列排布结构，每个蝶形仿生小天线的几何中心相连组成希尔伯特分形折线。进一步地，所述希尔伯特分形阵列结构使用至少1阶的希尔伯特分形结构。较佳的，希尔伯特分形结构的迭代过程为：其初始单元为一条由3段等长线段组成的垂直三折线，将每条线段3等分，按照顺时针旋转的顺序，将第1段线段的前部1/3用一条各线段长度为初始单元各线段长度1/3的小三折线替代，将第2段线段的中部1/3用一条各线段长度为初始单元各线段长度1/3的小三折线替代，将第3段线段的后部1/3用一条各线段长度为初始单元各线段长度1/3的小三折线替代，则得到1阶希尔伯特分形结构。将1阶希尔伯特分形结构中的各个三折线区域做相似的迭代后，则得到2阶希尔伯特分形结构。按照这种方法继续迭代，则可得到高阶希尔伯特分形结构。进一步地，所述每个蝶形仿生小天线的蝴蝶身体部分的中心位置设有馈电点。进一步地，所述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为55-65。进一步地，所述基板的形状为矩形，尺寸是20mm±0.05mm×20mm±0.05mm，厚度为0.5mm±0.05mm。进一步地，所述天线接地板和辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。本专利技术使用蝶形仿生小天线作为阵元天线，保证了天线具有较好的宽频带工作特性。将阵元天线按照希尔伯特分形阵列结构排列组成天线阵列，天线整体上是希尔伯特分形折线，局部是蝶形仿生辐射结构，天线兼具二者的宽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多频段兼容分形阵列天线，其特征在于：包括基板、贴覆在所述基板背面的天线接地板和贴覆在所述基板正面的蝶形仿生分形阵列辐射贴片；所述天线接地板为全金属接地结构，所述蝶形仿生分形阵列辐射贴片是由46个蝶形仿生小天线按照希尔伯特分形阵列结构排列组成的天线阵列。

【技术特征摘要】
1.一种多频段兼容分形阵列天线，其特征在于：包括基板、贴覆在所述基板背面的天线接地板和贴覆在所述基板正面的蝶形仿生分形阵列辐射贴片；所述天线接地板为全金属接地结构，所述蝶形仿生分形阵列辐射贴片是由46个蝶形仿生小天线按照希尔伯特分形阵列结构排列组成的天线阵列。2.根据权利要求1所述的一种多频段兼容分形阵列天线，其特征在于：所述蝶形仿生小天线的大小为2.0mm±0.01mm×2.0mm±0.01mm。3.根据权利要求1所述的一种多频段兼容分形阵列天线，其特征在于：所述蝶形仿生小天线的蝶形由一个矩形蝴蝶身体部分和四个形状完全一致的平行四边形蝴蝶翅膀部分构成，每个蝴蝶翅膀部分的宽度为0.55mm±0.01mm。4.根据权利要求3所述的一种多频段兼容分形阵列天线，其特征在于：所述蝶形仿生小天线的蝴蝶身体部分位于天线几何中心，尺寸为0.5mm±0.01mm×0.1mm±0.01mm；每个蝴蝶翅膀部分上有4个平行四边形缝隙，每个缝隙长度为0.35mm±0.01mm，宽度为0.1mm±0.01mm，两个缝隙之间的距离为0.1mm±0.01mm，第1个缝隙与蝴蝶翅膀部分上边沿的距离为0.15mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：林斌，张培涛，蔡沅坤，叶广雅，刘泽泰，张颖，
申请(专利权)人：厦门大学嘉庚学院，
类型：发明
国别省市：福建,35