CN108281783B

CN108281783B - 折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线

Info

Publication number: CN108281783B
Application number: CN201810180975.5A
Authority: CN
Inventors: 林斌
Original assignee: Xiamen University Tan Kah Kee College
Current assignee: Xiamen University Tan Kah Kee College
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2038-03-06
Also published as: CN108281783A

Abstract

本发明涉及一种折线螺旋偶极子‑互补缝隙复合超宽频带天线，包括从上至下依次设置的折线螺旋偶极子辐射贴片、薄膜基质、互补缝隙感应辐射贴片、陶瓷薄片和铁氧体涂层，其特征在于：所述折线螺旋偶极子辐射贴片包括对称设置的第一折线螺旋辐射贴片和第二折线螺旋辐射贴片；所述互补缝隙感应辐射贴片为辐射贴片挖去与折线螺旋偶极子辐射贴片大小形状完全一致的导电区域而得到的；该款天线辐射强度较高，且在各个工作频段辐射强度稳定，性能冗余较大，能够在各种不可预知的电磁环境中保证移动通信、射频识别、超宽带通信和移动数字电视无线信号的传输质量。

Description

折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线

技术领域

本发明涉及一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线

背景技术

进入二十一世纪以来，无线通信技术取得了长足的进步，在越来越多领域得到了应用。移动通信技术、射频识别技术、超宽带通信技术、移动数字电视技术是四种基于无线通信的应用技术，它们的工作频段都位于微波频段，对于终端硬件设备和通信协议的要求相似。如果能够将移动通信手机、射频识别读写器、超宽带通信终端、移动数字电视终端整合在一起，就可以实现微波频段的多网合一，设计出多频段兼容的“智能终端”。

天线的性能好坏决定着无线通信***的性能优劣。多频段兼容的“智能终端”需要能够兼容移动通信频段、射频识别频段、超宽带通信频段和移动数字电视频段的多频段兼容天线。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；***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：3.300～3.400 GHz、4.400～4.500 GHz、4.800～4.990 GHz。射频识别***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***的工作频段为3.100～10.600 GHz。移动数字电视***工作频段为11.700～12.200 GHz。微波频段智能终端天线必须同时覆盖上述所有工作频段，具有多频段兼容功能，辐射强度较高，性能冗余较大。智能终端天线的应用领域广阔，有可能面对各种各样的复杂电磁环境，终端内部和终端周围很可能有大量金属部件。周围电磁场和金属物体的杂散辐射会对智能终端天线的性能造成较大影响，这就要求智能终端天线具有强抗干扰性能，可以有效屏蔽周围电磁场和金属物体的干扰。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线，包括从上至下依次设置的折线螺旋偶极子辐射贴片、薄膜基质、互补缝隙感应辐射贴片、陶瓷薄片和铁氧体涂层，其特征在于：所述折线螺旋偶极子辐射贴片包括对称设置的第一折线螺旋辐射贴片和第二折线螺旋辐射贴片；所述互补缝隙感应辐射贴片为辐射贴片挖去与折线螺旋偶极子辐射贴片大小形状完全一致的导电区域而得到的。

本发明一实施例中，所述第一折线螺旋辐射贴片和第二折线螺旋辐射贴片均由10个矩形辐射贴片连接组成，从外到内，每个矩形辐射贴片的长度逐渐减小，长度分别为：10mm±0.1mm、9 mm±0.1 mm、8 mm±0.1 mm、7 mm±0.1 mm、6 mm±0.1 mm、5 mm±0.1 mm、4mm±0.1 mm、3 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm、1 mm±0.1 mm，宽度均为1 mm±0.1 mm，相邻两个矩形辐射贴片的夹角为90度，构成螺旋状。

本发明一实施例中，所述第一折线螺旋辐射贴片和第二折线螺旋辐射贴片的对称中心线上开设有断开间隙，在断开间隙的两侧设有天线馈电点。

本发明一实施例中，所述互补缝隙感应辐射贴片为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm的矩形。

本发明一实施例中，所述薄膜基质为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜基质，相对介电常数为3.5±0.1，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm，厚度为0.2 mm±0.02 mm。

本发明一实施例中，所述陶瓷薄片为低损耗微波陶瓷薄片，相对介电常数为55±5，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm，厚度为0.5 mm±0.1 mm。

本发明一实施例中，所述铁氧体涂层，所用铁氧体是软磁铁氧体，由三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等配制烧结而成，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm。

本发明一实施例中，所述折线螺旋偶极子辐射贴片和互补缝隙感应辐射贴片由石墨烯导电墨水印制而成。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明使用折线螺旋偶极子辐射贴片作为馈电辐射贴片，多条工作在不同频段的直线段的辐射相叠加，保证了天线具有优异的超宽频带工作性能。互补缝隙感应辐射贴片的二次感应辐射，有效地增强了天线的辐射强度。使用聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜作为天线基质材料，可以保证天线具有很好的温度适应性、抗腐蚀性和稳定的物理、化学特性。在天线结构中使用陶瓷薄片和铁氧体涂层，可以有效降低外界电磁场对天线辐射的干扰。使用石墨烯导电墨水印制天线的辐射贴片，进一步增强了天线的辐射性能。与用于移动通信***、射频识别***、超宽带通信***、移动数字电视***的常规天线比较，该款天线具有突出的优点和显著的效果：该款天线具有突出的抗干扰性能，能够有效屏蔽周围环境电磁场和金属物体杂散辐射的干扰；该款天线具有优异的超宽频带工作性能，工作带宽达到14.846 GHz，带宽倍频程达到34.89，目前只有极少数微波频段天线的带宽倍频程能够超过30；该款天线辐射强度较高，且在各个工作频段辐射强度稳定，性能冗余较大，能够在各种不可预知的电磁环境中保证移动通信、射频识别、超宽带通信和移动数字电视无线信号的传输质量。

附图说明

图1是本发明一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线的结构图

图2是本发明的折线螺旋偶极子辐射贴片的结构图

图3是本发明的互补缝隙感应辐射贴片的结构图

图4是本发明一实施例的回波损耗(S₁₁)性能图

图中：1-折线螺旋偶极子辐射贴片，2-薄膜基质，3-互补缝隙感应辐射贴片，4-陶瓷薄片，5-铁氧体涂层，6-第一折线螺旋辐射贴片，7-第二折线螺旋辐射贴片。

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。

请参照图1、图2和图3，本发明提供一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线，包括从上至下依次设置的折线螺旋偶极子辐射贴片1、薄膜基质2、互补缝隙感应辐射贴片3、陶瓷薄片4和铁氧体涂层5，其特征在于：所述折线螺旋偶极子辐射贴片1包括对称设置的第一折线螺旋辐射贴片6和第二折线螺旋辐射贴片7；所述互补缝隙感应辐射贴片3为辐射贴片挖去与折线螺旋偶极子辐射贴片大小形状完全一致的导电区域而得到的。

进一步的，在本实施例中，所述第一折线螺旋辐射贴片6和第二折线螺旋辐射贴片7均由10个矩形辐射贴片连接组成，从外到内，每个矩形辐射贴片的长度逐渐减小，长度分别为：10 mm±0.1mm、9 mm±0.1 mm、8 mm±0.1 mm、7 mm±0.1 mm、6 mm±0.1 mm、5 mm±0.1 mm、4 mm±0.1 mm、3 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm、1 mm±0.1 mm，宽度均为1 mm±0.1mm，相邻两个矩形辐射贴片的夹角为90度，构成螺旋状。

进一步的，在本实施例中，所述第一折线螺旋辐射贴片6和第二折线螺旋辐射贴片7的对称中心线上开设有断开间隙，在断开间隙的两侧设有天线馈电点。

进一步的，在本实施例中，所述互补缝隙感应辐射贴片3为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm的矩形。

进一步的，在本实施例中，所述薄膜基质2为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜基质，相对介电常数为3.5±0.1，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm，厚度为0.2 mm±0.02mm。

进一步的，在本实施例中，所述陶瓷薄片4为低损耗微波陶瓷薄片，相对介电常数为55±5，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm，厚度为0.5 mm±0.1 mm。

进一步的，在本实施例中，所述铁氧体涂层5，所用铁氧体是软磁铁氧体，由三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等配制烧结而成，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm。

进一步的，在本实施例中，所述折线螺旋偶极子辐射贴片1和互补缝隙感应辐射贴片3由石墨烯导电墨水印制而成。

进一步的，在本实施例中，实测结果如图4本回波损耗(S₁₁)性能图可以看出，实测结果显示，该款天线的工作频带范围为0.438～15.284 GHz，工作带宽为14.846 GHz，带宽倍频程为34.89，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-52.58dB，该款天线直接贴覆在金属板上或者放置在移动通信基站附近时，天线辐射性能基本不受干扰。该款天线具有强抗干扰能力和超宽频带工作特性，能够用一个超宽工作频段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，辐射性能较好，在微波频段多网合一***中应用潜力较大。

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。

Claims

1. 一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线，包括从上至下依次设置的折线螺旋偶极子辐射贴片、薄膜基质、互补缝隙感应辐射贴片、陶瓷薄片和铁氧体涂层，其特征在于：所述折线螺旋偶极子辐射贴片包括对称设置的第一折线螺旋辐射贴片和第二折线螺旋辐射贴片；所述互补缝隙感应辐射贴片为辐射贴片挖去与折线螺旋偶极子辐射贴片大小形状完全一致的导电区域而得到的；所述第一折线螺旋辐射贴片和第二折线螺旋辐射贴片均由10个矩形辐射贴片连接组成，从外到内，每个矩形辐射贴片的长度逐渐减小，长度分别为：10 mm±0.1mm、9 mm±0.1 mm、8 mm±0.1 mm、7 mm±0.1 mm、6 mm±0.1 mm、5 mm±0.1mm、4 mm±0.1 mm、3 mm±0.1 mm、2 mm±0.1 mm、1 mm±0.1 mm，宽度均为1 mm±0.1 mm，相邻两个矩形辐射贴片的夹角为90度，构成螺旋状；所述第一折线螺旋辐射贴片和第二折线螺旋辐射贴片的对称中心线上开设有断开间隙，在断开间隙的两侧设有天线馈电点；所述互补缝隙感应辐射贴片为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm的矩形。

2. 根据权利要求1所述的一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线，其特征在于：所述薄膜基质为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）薄膜基质，相对介电常数为3.5±0.1，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm，厚度为0.2 mm±0.02 mm。

3. 根据权利要求1所述的一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线，其特征在于：所述陶瓷薄片为低损耗微波陶瓷薄片，相对介电常数为55±5，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm，厚度为0.5 mm±0.1 mm。

4. 根据权利要求1所述的一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线，其特征在于：所述铁氧体涂层，所用铁氧体是软磁铁氧体，由三氧化二铁和氧化镍、氧化锌、氧化锰、氧化镁、氧化钡、氧化锶等配制烧结而成，其尺寸为22 mm±1 mm×12 mm±1 mm。

5.根据权利要求1所述的一种折线螺旋偶极子-互补缝隙复合超宽频带天线，其特征在于：所述折线螺旋偶极子辐射贴片和互补缝隙感应辐射贴片由石墨烯导电墨水印制而成。