三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线及其工作方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线及其工作方法。

背景技术：
：

目前，我国的移动通信技术经过多年发展，已经进入第四代移动通信，并即将在2020年前后迈入第五代移动通信的大门，第二代、第三代、第四代、第五代移动通信无线信号将在空间中长期共存。与此同时，射频识别技术、超宽带通信技术、移动数字电视技术也都得到了广泛的应用。多网合一是无线通信技术发展的重要趋势，要求新一代的无线通信终端具备多频段兼容功能，可以同时工作在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、移动数字电视频段。

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 2.570～2.620 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：3.300～3.400 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。

目前用于能量收集的低剖面多频平面螺旋缝隙天线、双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线、双频全向螺旋缝隙天线、螺旋缝隙圆极化喇叭天线，其已有四项发明专利授权：

1. 谭立容、赵峰、孙友明、黄天宇、刘豫东，用于能量收集的低剖面多频平面螺旋缝隙天线，专利号：201720216274.3，已于2017年9月8日授权。

2. 谭立容、朱昱颖、杨梓艺、杨晨、张照锋，一种双频全向基片集成波导螺旋缝隙天线，专利号：201620820259.5，已于2016年7月29日授权。

3. 谭立容、朱昱颖、杨梓艺、杨晨、张照锋，一种双频全向螺旋缝隙天线，专利号：201620818697.8，已于2016年7月29日授权。

4. 宋长宏，螺旋缝隙圆极化喇叭天线，专利号：201620136844.3，已于2016年8月17日授权。

专利1、专利2、专利3、专利4使用的都是平面等角螺旋缝隙结构，其天线仅能够覆盖第二代、第三代、第四代移动通信部分工作频段，无法辐射相叠加，无法实现超宽频带工作，以及工作稳定性差。

技术实现要素：
：

本发明的目的即在于提供一种三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线及其工作方法，该三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线结构简单、设计合理，有利于实现对第二代至第五代移动通信系统、射频识别系统、超宽带通信系统和移动数字电视系统的兼容，且在各个工作频段的辐射性能都稳定可靠。

本发明三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线，其特征在于：所述天线包括基板、贴覆在基板背面的天线接地板和贴覆在基板正面的三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片，所述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片是按照六边形阵列结构排列组成的复合天线，所述六边形阵列结构由6个正六边形围绕1个正六边形组成，每个正六边形区域划分为6个等边三角形区域，并用三角螺旋缝隙小天线填充等边三角形区域，即所述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片包括42个三角螺旋缝隙小天线。

进一步的，上述三角螺旋缝隙小天线是在一个边长为8.0 mm±0.1 mm的等边三角形上开设三角螺旋缝隙。

进一步的，上述三角螺旋缝隙由至少4段缝隙组成，相邻两段缝隙之间的夹角为60度，缝隙宽度为0.1 mm±0.02 mm。

进一步的，上述正六边形的边长都为8.0 mm±0.1 mm。

进一步的，上述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片的底部边沿中心设有天线馈电点。

进一步的，上述基板为低损耗微波陶瓷基板，其相对介电常数为45-55。

进一步的，上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。

进一步的，上述天线接地板为全金属接地结构，天线接地板和复合辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。

本发明三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线的工作方法，其特征在于：所述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线包括基板、贴覆在基板背面的天线接地板和贴覆在基板正面的三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片，所述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片是按照六边形阵列结构排列组成的复合天线，所述六边形阵列结构由6个正六边形围绕1个正六边形组成，每个正六边形区域划分为6个等边三角形区域，并用三角螺旋缝隙小天线填充等边三角形区域，即所述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片包括42个三角螺旋缝隙小天线；工作时，三角螺旋缝隙结构在不改变三角形天线的整体结构的基础上，通过多段不同长度缝隙的辐射相叠加，实现超宽频带工作；六边形阵列结构保证天线结构完美对称，天线内部具有均匀分布的射频电流，增大了天线的工作带宽。

进一步的，上述天线的工作频带范围为0.536～14.887 GHz，工作带宽为14.351 GHz，带宽倍频程为27.77，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-43.92 dB，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、1.880～1.920 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、4.400～4.500 GHz、4.800～4.990 GHz、5.725～5.875 GHz、3.100～10.600 GHz、11.700～12.200 GHz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。

本发明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，该款天线具有突出的优点和显著的效果：该款天线具有优异的超宽频带工作特性，工作带宽高达14.351 GHz，带宽倍频程达到27.77；该款天线实现了对第二代至第五代移动通信系统、射频识别系统、超宽带通信系统和移动数字电视系统的兼容，且有较大性能冗余，在各个工作频段的辐射性能都稳定可靠；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。

附图说明：

图1是三角螺旋缝隙小天线的构造示意图；

图2是六边形阵列结构中正六边形区域的构造示意图；

图3是本发明天线的剖面构造示意图；

图4是图3的俯视构造示意图；

图5是本发明天线的回波损耗(S11)性能图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明方法作进一步的详细说明。需要特别说明的是，本发明的保护范围应当包括但不限于本实施例所公开的技术内容。

本发明三角螺旋缝隙-六边形阵列复合超宽频带天线，所述天线包括基板1、贴覆在基板1背面的天线接地板2和贴覆在基板正面的三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片3，所述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片是按照六边形阵列结构排列组成的复合天线，所述六边形阵列结构由6个正六边形围绕1个正六边形组成，每个正六边形区域5划分为6个等边三角形区域，并用三角螺旋缝隙小天线4填充等边三角形区域，即所述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片3包括42个三角螺旋缝隙小天线4。

进一步的，为了设计合理，上述三角螺旋缝隙小天线是在一个边长为8.0 mm±0.1 mm的等边三角形上开设三角螺旋缝隙6。

进一步的，为了设计合理，上述三角螺旋缝隙由至少4段缝隙组成，相邻两段缝隙之间的夹角为60度，缝隙宽度为0.1 mm±0.02 mm。具体实施例中的三角螺旋缝隙由10段缝隙组成，相邻两段缝隙之间的夹角为60度，缝隙宽度为0.1 mm±0.02 mm。

进一步的，为了设计合理，上述正六边形的边长都为8.0 mm±0.1 mm。

进一步的，上述三角螺旋缝隙-六边形阵列复合辐射贴片的底部边沿中心设有天线馈电点。

进一步的，上述基板为低损耗微波陶瓷基板（或称微波介质陶瓷基板），其相对介电常数为45-55；上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。上述天线接地板为全金属接地结构，天线接地板和复合辐射贴片的材质为铜、银、金或铝等。

图5给出了本发明实施例的回波损耗(S11)性能图，从图5可以看出，实测结果显示，该款天线的工作频带范围为0.536～14.887 GHz，工作带宽为14.351 GHz，带宽倍频程为27.77，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-43.92 dB。实测结果显示，该款天线具有优异的超宽频带工作特性，辐射性能稳定可靠，能够兼容第二代至第五代移动通信系统、射频识别系统、超宽带通信系统和移动数字电视系统，在多网合一的无线通信产品中有广阔的应用前景。

本发明三角螺旋缝隙结构是一种由多段直线缝隙按照三角螺旋规律排列组成的螺旋缝隙结构，它由4段以上缝隙组成，相邻两段缝隙之间的夹角与三角形对应的内角度数相等，在不断旋转的过程中，直线缝隙的长度不断减小。螺旋缝隙结构的每段直线缝隙都能够单独产生辐射，每段缝隙的长度不同，辐射频段不同，多段缝隙的辐射叠加在一起，可以形成一个很宽的辐射频段。三角螺旋缝隙结构可以在不改变原天线整体结构的基础上，大大提高三角形天线的带宽性能。发明六边形阵列结构即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。

背景技术中专利1、专利2、专利3、专利4使用的是平面等角螺旋缝隙结构，与本专利申请的由多段直线缝隙按照三角螺旋规律排列组成的三角螺旋缝隙结构完全不同。专利1、专利2、专利3、专利4都未使用本专利申请的六边形阵列结构。专利1、专利2、专利3的天线能够覆盖第二代、第三代、第四代移动通信部分工作频段，专利4的天线主要用于测控系统，而本专利申请的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、移动数字电视频段，是一款多频段兼容的多网合一天线，专利1、专利2、专利3、专利4的天线与本专利申请的天线在应用领域上有较大区别。

本专利申请的三角螺旋缝隙-六边形阵列复合天线兼具三角螺旋缝隙天线和六边形阵列结构的优点。三角螺旋缝隙结构在不改变三角形天线的整体结构的基础上，通过多段不同长度缝隙的辐射相叠加，实现超宽频带工作。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，进一步增大了天线的工作带宽。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。