CN106876880A - 生长树‑十字复合分形天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生长树‑十字复合分形天线,它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片;所述辐射贴片为生长树‑十字复合分形结构;所述生长树‑十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构,基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。本发明的目的在于提供一种尺寸小、工作频带内的回波损耗最小值小于‑20dB、能够完全覆盖第五代移动通信的三个候选频段的生长树‑十字复合分形天线。
Description
技术领域
本发明涉及一种生长树-十字复合分形天线。
背景技术
如今,移动通信技术在飞速进步,移动通信***正在以前所未有的速度不断更新换代。第五代移动通信***将在2020年前后投入使用,它在频谱宽度、数据传输速度等方面都有较大的优势,可以在未来10年内满足移动数据流量高速增长的需求。2015年,国际电信联盟确定了第五代移动通信的三个候选频段为:3.300~3.400GHz、4.400~4.500GHz和4.800~4.990GHz。
能够发射和接收移动通信无线信号的天线是移动通信***的重要组成部分,天线的性能对移动通信***的整体性能有着较大影响。第五代移动通信***对天线的性能要求是:尺寸足够小,能够放进移动终端里;辐射性能好,工作频带内天线回波损耗最小值小于-20dB;工作带宽大,天线工作频带需要覆盖第五代移动通信的三个候选频段3.300~3.400GHz、4.400~4.500GHz和4.800~4.990GHz。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尺寸小、工作频带内的回波损耗最小值小于-20dB、能够完全覆盖第五代移动通信的三个候选频段的生长树-十字复合分形天线。
本发明的目的通过如下技术方案实现:一种生长树-十字复合分形天线,它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片;所述辐射贴片为生长树-十字复合分形结构;所述生长树-十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构,基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。
优选地,所述生长树-十字复合分形结构使用至少3阶的生长树分形结构。
优选地,所述生长树-十字复合分形结构使用至少2阶的十字分形结构。
优选地,所述辐射贴片的竖向对称中心线上开设有断开间隙,在断开间隙的两侧各设有一个天线馈电点。
优选地,所述基板为低损耗微波陶瓷基板,其相对介电常数为5~8。
优选地,所述基板的形状为矩形,尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm,厚度为0.5mm~1mm。
优选地,所述生长树-十字复合分形辐射贴片总尺寸是20mm±0.1mm×11mm±0.1mm。
优选地,所述天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。
较之现有技术而言,本发明的优点在于:现有分形天线只是单体分形结构,只有天线的外边沿按照一种分形迭代方式进行折叠,而天线内部区域并无进行分形迭代,天线的自相似性局限于边沿曲线附近。而本发明设计的生长树-十字复合分形结构将生长树分形结构和十字分形结构相结合,天线的边沿曲线和内部结构都具有自相似性,射频电流在整个复合分形辐射贴片上都能够较为均匀的分布,天线具有较大的工作带宽,完全能够满足第五代移动通信***对天线的性能要求。
附图说明
图1为0阶生长树分形结构。
图2为1阶生长树分形结构。
图3为2阶生长树分形结构。
图4为3阶生长树分形结构。
图5为0阶十字分形结构。
图6为1阶十字分形结构。
图7为2阶十字分形结构。
图8是本发明辐射贴片的一种实施例的结构示意图。
图9为图8所示实施例的回波损耗(S11)性能图,图中的横坐标表示频率Frequency(GHz),纵坐标表示回波损耗强度(The return loss of the antenna(dB))。
标号说明:1基板、2辐射贴片、3断开间隙。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明内容进行详细说明:
一种生长树-十字复合分形天线,它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片;所述辐射贴片为生长树-十字复合分形结构;所述生长树-十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构,基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。
图1至图4是生长树分形结构的迭代过程示意图。在生长树分形结构的迭代过程中,其原始结构为偶极子天线;将两个偶极子臂作为“树干”,在其顶端各生长出两个垂直于偶极子臂、长度为偶极子臂一半的“树枝”,构成1阶生长树分形结构;在1阶生长树分形结构的4个“树枝”顶端各生长出两个垂直于“树枝”、长度为“树枝”一半的“小树枝”,构成2阶生长树分形结构;在2阶生长树分形结构的8个“小树枝”顶端各生长出两个垂直于“小树枝”、长度为“小树枝”一半的“微树枝”,构成3阶生长树分形结构。按照这种方法继续迭代,则可得到高阶生长树分形结构。
图5至图7是十字分形结构的迭代过程示意图。在十字分形结构的迭代过程中,其原始结构为正方形;将原始结构等分为3行3列9个小正方形,将左上角、左下角、右上角、右下角四个小正方形挖去,剩下5个等分的正方形区域,则得到1阶十字分形结构;将1阶十字分形结构的5个正方形区域分别再做十字分形迭代,则得到2阶十字分形结构。按照这种方法继续迭代,则可得到高阶十字分形结构。
所述生长树-十字复合分形结构使用至少3阶的生长树分形结构和至少2阶的十字分形结构。
所述辐射贴片由两条对称的辐射臂组成,两条辐射臂的竖向对称中心线上开设有断开间隙,在断开间隙的两侧各设有一个天线馈电点。
所述基板为低损耗微波陶瓷基板,其相对介电常数为5~8。所述基板的形状为矩形,尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm,厚度为0.5mm~1mm。
所述生长树-十字复合分形辐射贴片总尺寸是20mm±0.1mm×11mm±0.1mm。
所述天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。
下面给出本发明的一具体实施例:
本实施例上设有基板1和贴覆在基板1正面的辐射贴片2,辐射贴片2结构如图8所示。本发明实施例使用尺寸为20mm±0.1mm×11mm±0.1mm的3阶生长树分形结构作为基本结构,将其内部64个尺寸为1mm×1mm的小正方形区域用2阶十字分形结构替代,组成了生长树-十字复合分形结构的辐射贴片2。
所述辐射贴片2的竖向对称中心线上开设有断开间隙3,在断开间隙3的两侧各设有一个天线馈电点。
基板1为低损耗微波陶瓷基板,其相对介电常数为5~8。基板1的形状为矩形,尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm,厚度为0.5mm~1mm。
从图9可以看出,实测结果显示该款天线的工作中心频率为4.01GHz,天线工作频带范围为3.233~5.257GHz,工作带宽为2.024GHz,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-43.19dB。实测结果显示,该款天线完全覆盖了3.300~3.400GHz、4.400~4.500GHz和4.800~4.990GHz这三个第五代移动通信的候选频段。
本发明具有以下突出的优点和显著的效果:天线尺寸小、厚度低,包含介质基板在内的天线整体尺寸仅为22mm×22mm×0.5mm,该天线属于超薄天线,可以放进各种小型的移动通信设备中;天线辐射性能好,工作频带内天线回波损耗最小值达到-43.19dB,优于工作频带内天线回波损耗最小值小于-20dB的常规设计要求;天线工作带宽达到2.024GHz,不仅完全覆盖了第五代移动通信的三个候选频段,且有较大的性能冗余。因此,本发明天线性能优异,在第五代移动通信***中具有广阔的应用前景。
Claims (9)
1.一种生长树-十字复合分形天线,其特征在于:它包括基板以及贴覆在基板正面的辐射贴片;所述辐射贴片为生长树-十字复合分形结构;所述生长树-十字复合分形结构使用生长树分形结构作为基本结构,基本结构内部的小正方形金属区域用十字分形结构替代。
2.根据权利要求1所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述生长树-十字复合分形结构使用的生长树分形结构为至少3阶的结构。
3.根据权利要求1所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述生长树-十字复合分形结构使用的十字分形结构为至少2阶的结构。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述辐射贴片的竖向对称中心线上开设有断开间隙,在断开间隙的两侧各设有一个天线馈电点。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述基板为低损耗微波陶瓷基板。
6.根据权利要求5所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述微波陶瓷基板的相对介电常数为5~8。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述基板的形状为矩形,尺寸是22mm±1mm×22mm±1mm,厚度为0.5mm~1mm。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述生长树-十字复合分形辐射贴片总尺寸是20mm±0.1mm×11mm±0.1mm。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的生长树-十字复合分形天线,其特征在于:所述天线辐射贴片的材质为铜、银、金或铝。
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