一种梯形多缝隙分形分裂生长式阵列天线的制作方法

本发明涉及通信系统天线设计领域，特别是一种梯形多缝隙分形分裂生长式阵列天线。

背景技术：

多种工作在不同频段的无线通信应用系统融合在一起，实现无线通信频段复用和多频段兼容，组成具有超强兼容性的多网合一系统，是二十一世纪无线通信发展的最重要的趋势。移动通信系统、射频识别系统、超宽带通信系统、移动数字电视系统都是工作在微波频段的无线通信应用系统，如果能够将它们整合在一起，就可以实现微波频段的多网合一和多频段兼容。

我国目前使用的第二代移动通信频段为gsm制式0.905～0.915ghz、0.950～0.960ghz、1.710～1.785ghz、1.805～1.880ghz频段；第三代移动通信频段为td-scdma制式1.880～1.920ghz、2.010～2.025ghz、2.300～2.400ghz频段和wcdma制式1.920～1.980ghz、2.110～2.170ghz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：3.300～3.400ghz、4.400～4.500ghz、4.800～4.990ghz。射频识别系统有三个主要的工作频段：0.902～0.928ghz、2.400～2.4835ghz、5.725～5.875ghz。超宽带系统的工作频段为3.100～10.600ghz。移动数字电视系统工作频段为11.700～12.200ghz。微波频段的多网合一和多频段兼容系统需要用单个超宽的工作频带，完全覆盖上述所有工作频段，满足小尺寸、高辐射强度的要求，具有稳定的辐射特性和较大的性能冗余。然后现有技术中却没有能够胜任上述要求的天线。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种梯形多缝隙分形分裂生长式阵列天线，能够完全覆盖第二代至第五代移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段和移动数字电视频段，满足小尺寸、高辐射强度的要求，具有稳定的辐射特性和较大的性能冗余。

本发明采用以下方案实现：一种梯形多缝隙分形分裂生长式阵列天线，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梯形多缝隙分形分裂生长式阵列辐射贴片，所述梯形多缝隙分形分裂生长式阵列辐射贴片是由144个梯形多缝隙分形天线按照分裂生长式阵列结构排列组成的天线阵列。

进一步地，所述天线接地板为全导电接地结构。

进一步地，每个梯形多缝隙分形天线是在尺寸为2.0mm±0.1mm×2.0mm±0.1mm的矩形区域进行梯形多缝隙分形迭代而得到。

进一步地，每个梯形多缝隙分形天线使用至少2阶的梯形多缝隙分形结构。

进一步地，每个梯形多缝隙分形天线的底部边沿中心处设有天线馈电点。

进一步地，所述梯形多缝隙分形分裂生长式阵列辐射贴片使用分裂生长式阵列结构作为基本阵列排布结构，在分裂生长式阵列结构的每个大小为2.4mm±0.1mm×2.4mm±0.1mm的阵元天线区域中心，放置一个梯形多缝隙分形天线。

进一步地，所述分裂生长式阵列结构是2阶分裂生长式阵列结构，是在一个由20行20列共400个方形区域组成的矩形区域中，在第1行的第10列、第11列，第2行的第10列、第11列，第3行的第9列、第10列、第11列、第12列，第4行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第5行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第6行的第9列、第10列、第11列、第12列，第7行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第8行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第9行的第3列、第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第16列、第17列、第18列，第10行的第1列、第2列、第3列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第18列、第19列、第20列，第11行的第1列、第2列、第3列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第18列、第19列、第20列，第12行的第3列、第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第16列、第17列、第18列，第13行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第14行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第15行的第9列、第10列、第11列、第12列，第16行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第17行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第18行的第9列、第10列、第11列、第12列，第19行的第10列、第11列，第20行的第10列、第11列，共144个方形区域放置阵元天线。

进一步地，所述基板为低损耗环氧树脂玻璃布基板，其相对介电常数为5.5-6.5。

进一步地，所述基板的形状为矩形，尺寸是48mm±0.1mm×48mm±0.1mm，厚度为1mm±0.1mm。

进一步地，所述辐射贴片和天线接地板的材质为铜、银、金或铝。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明的天线基于梯形多缝隙结构进行“嵌入式”缝隙分形迭代，得到梯形多缝隙分形结构，以其作为阵元天线，实现了阵元天线单一频段超宽频带工作；多个阵元天线按照分裂生长式阵列结构排列组成天线阵列，使天线阵列具有类似于分形结构的自相似性，在增强天线辐射强度的同时，能够使天线阵列保持优异的宽频带工作能力。同时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，本发明的在拥有144个阵元天线的情况下，尺寸仅为48mm×48mm×1mm，在天线小型化设计方面做的较好，天线可以放进各种移动终端设备里；该款天线用带宽超过17ghz的一个单一超宽工作频带，实现了对第二代至第五代移动通信所有制式所有工作频段、射频识别频段、超宽带通信频段和移动数字电视频段的同时覆盖，在超宽频带稳定工作方面具有独特的优势；该款天线回波损耗值较低，且在工作频段内的绝大多数区域回波损耗值都低于-40db，天线有较大的性能冗余，能够在复杂电磁环境中保证多网合一无线通信信号的传输质量。

附图说明

图1为本发明实施例的梯形多缝隙分形结构的迭代规律示意图。其中，（a）为0阶，（b）为1阶，（c）为2阶。

图2为本发明实施例的分裂生长式阵列结构的迭代规律示意图。其中，（a）为0阶，（b）为1阶，（c）为2阶。

图3为本发明实施例的天线结构示意图。

图4为本发明实施例的天线的回波损耗(s11)性能图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图3所示，本实施例提供了一种梯形多缝隙分形分裂生长式阵列天线，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梯形多缝隙分形分裂生长式阵列辐射贴片，所述梯形多缝隙分形分裂生长式阵列辐射贴片是由144个梯形多缝隙分形天线按照分裂生长式阵列结构排列组成的天线阵列。

在本实施例中，所述天线接地板为全导电接地结构。

在本实施例中，每个梯形多缝隙分形天线是在尺寸为2.0mm±0.1mm×2.0mm±0.1mm的矩形区域进行梯形多缝隙分形迭代而得到。

在本实施例中，每个梯形多缝隙分形天线使用至少2阶的梯形多缝隙分形结构。

其中，梯形多缝隙分形结构的迭代规律如图1所示。梯形多缝隙分形结构的初始结构是正方形，将其等分为10行10列100个小正方形，将第2行的第5列、第6列，第4行第4列、第5列、第6列、第7列，第6行的第3列、第4列、第5列、第6列、第7列、第8列，第8行的第2列、第3列、第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第9列，共20个小正方形挖去，形成梯形多缝隙，剩下80个等分的正方形区域，则得到1阶梯形多缝隙分形结构。将1阶梯形多缝隙分形结构的80个正方形区域，分别再做梯形多缝隙分形迭代，则得到2阶梯形多缝隙分形结构。按照这种方法继续迭代，则可得到高阶的梯形多缝隙分形结构。

梯形多缝隙结构拥有多条不同长度的直线缝隙，它们的工作频率不一样，多条缝隙的辐射叠加可以得到一个带宽较大的工作频段。按照“嵌入式”缝隙分形迭代方式生成的梯形多缝隙分形结构同时具备梯形多缝隙结构的宽频带工作能力和“嵌入式”缝隙分形结构的高度自相似性，能够实现单一频段超宽频带工作。

在本实施例中，每个梯形多缝隙分形天线的底部边沿中心处设有天线馈电点。

在本实施例中，所述梯形多缝隙分形分裂生长式阵列辐射贴片使用分裂生长式阵列结构作为基本阵列排布结构，在分裂生长式阵列结构的每个大小为2.4mm±0.1mm×2.4mm±0.1mm的阵元天线区域中心，放置一个梯形多缝隙分形天线。

在本实施例中，所述分裂生长式阵列结构是2阶分裂生长式阵列结构，是在一个由20行20列共400个方形区域组成的矩形区域中，在第1行的第10列、第11列，第2行的第10列、第11列，第3行的第9列、第10列、第11列、第12列，第4行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第5行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第6行的第9列、第10列、第11列、第12列，第7行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第8行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第9行的第3列、第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第16列、第17列、第18列，第10行的第1列、第2列、第3列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第18列、第19列、第20列，第11行的第1列、第2列、第3列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第18列、第19列、第20列，第12行的第3列、第4列、第5列、第6列、第7列、第8列、第13列、第14列、第15列、第16列、第17列、第18列，第13行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第14行的第4列、第5列、第7列、第8列、第9列、第10列、第11列、第12列、第13列、第14列、第16列、第17列，第15行的第9列、第10列、第11列、第12列，第16行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第17行的第7列、第8列、第9列、第12列、第13列、第14列，第18行的第9列、第10列、第11列、第12列，第19行的第10列、第11列，第20行的第10列、第11列，共144个方形区域放置阵元天线。

单个梯形多缝隙分形天线的工作带宽虽然较大，但是辐射分散在很宽的工作频带上，辐射强度较弱，多个梯形多缝隙分形天线排列组成天线阵列，可以利用辐射叠加原理增强天线的辐射强度。

在本实施中，如图2所示，图2给出了分裂生长式阵列结构的迭代规律。分裂生长式阵列结构的初始结构是8行8列共64个阵元天线组成的矩形阵列，将它中心的4行4列共16个阵元天线挖去，并在矩形阵列的四边中心各“生长”出一个4行4列共16个阵元天线的小矩形阵列，可以得到1阶分裂生长式阵列结构。将1阶分裂生长式阵列结构的四个小矩形阵列，挖去中心的2行2列共4个阵元天线，并在小矩形阵列的外侧三条边中心各“生长”出一个2行2列共4个阵元天线的微型矩形阵列，可以得到2阶分裂生长式阵列结构。本发明所采用的分裂生长式阵列结构具有类似于分形结构的自相似性，可以在通过组阵增强天线的辐射强度的同时，保证阵列天线具有和阵元天线一样的超宽频带工作特性。

在本实施例中，所述基板为低损耗环氧树脂玻璃布基板，其相对介电常数为5.5-6.5。

在本实施例中，所述基板的形状为矩形，尺寸是48mm±0.1mm×48mm±0.1mm，厚度为1mm±0.1mm。

在本实施例中，所述辐射贴片和天线接地板的材质为铜、银、金或铝。

图4给出了本实施例天线的回波损耗(s11)性能图。从图4可以看出，实测结果显示，该款天线的工作频带范围为0.386～17.442ghz，工作带宽为17.056ghz，带宽倍频程为45.19，在整个工作频带内天线回波损耗都低于-10db，回波损耗最小值为-43.22db。该款天线完全覆盖了0.902～0.928ghz、0.905～0.915ghz、0.950～0.960ghz、1.710～1.785ghz、1.805～1.880ghz、1.880～1.920ghz、1.920～1.980ghz、2.010～2.025ghz、2.110～2.170ghz、2.300～2.400ghz、2.400～2.4835ghz、2.570～2.620ghz、3.300～3.400ghz、4.400～4.500ghz、4.800～4.990ghz、5.725～5.875ghz、3.100～10.600ghz、11.700～12.200ghz等第二代至第五代移动通信所有制式所有工作频段、射频识别频段、超宽带通信频段和移动数字电视频段。可见本实施例的天线具有单个超宽的工作频带，能够完全覆盖第二代至第五代移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段和移动数字电视频段，满足小尺寸、高辐射强度的要求，具有稳定的辐射特性和较大的性能冗余，在微波频段多网合一系统中能够得到大规模应用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。