作者 林斌 郑萍 魏昕煜 潘依郎 洪志杰 李振昌 厦门大学嘉庚学院(福建 漳州 363105)
*本文研讨作业得到福建省自然科学基金方案赞助项目(项目编号：2016J01318)、福建省高校杰出青年科研人才培养方案项目(闽教科[2017]52号)的赞助。
林斌，男，1984年5月出生于福建省三明市，2010年结业于厦门大学电子工程系，取得理学硕士学位，同年进入厦门大学嘉庚学院任教。副教授职称，现任厦门大学嘉庚学院信息科学与技能学院党总支书记，首要研讨方向为微波射频器材规划、太赫兹波段器材规划。
郑萍、魏昕煜、潘依郎、洪志杰、李振昌：厦门大学嘉庚学院信息科学与技能学院本科生，首要研讨方向为微波射频器材规划。
摘要：本文针对微波多频段兼容智能终端对天线体系的功用要求，将折线螺旋天线、感应辐射阵列、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜资料、陶瓷薄片、铁氧体涂层有机结合，规划了一款强抗搅扰复合超宽频带天线。实测成果表明，该款天线可以对立周围电磁场和金属物体搅扰，完成对移动通讯、射频辨认、超宽带通讯和移动数字电视等多个通讯体系的兼容，辐射强度较高，功用冗余较大，是一款具有宽广运用远景的多频段兼容天线。
0 导言
进入二十一世纪以来，无线通讯技能取得了长足的前进，在越来越多范畴得到了运用。移动通讯技能、射频辨认技能、超宽带通讯技能、移动数字电视技能是四种依据无线通讯的运用技能，它们的作业频段都坐落微波频段，关于终端硬件设备和通讯协议的要求类似。假如可以将移动通讯手机、射频辨认读写器、超宽带通讯终端、移动数字电视终端整合在一起，就可以完成微波频段的多网合一，规划出多频段兼容的“智能终端”[1-5]。
天线的功用好坏决议着无线通讯体系的功用好坏。我国现在运用的第二代移动通讯频段为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;第三代移动通讯频段为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;第四代移动通讯频段为TD-LTE制式 2.570～2.620 GHz频段;行将投入运用的第五代移动通讯有三个候选频段，分别为：3.300～3.400 GHz、4.400～4.500 GHz、4.800～4.990 GHz [6-7]。射频辨认体系有三个首要的作业频段：0.902～0.928 GHz、2.400～2.4835 GHz、5.725～5.875 GHz [8-9]。超宽带体系的作业频段为3.100～10.600 GHz [10-11]。移动数字电视体系作业频段为11.700～12.200 GHz [12]。微波频段智能终端天线有必要一起掩盖上述一切作业频段，具有多频段兼容功用，辐射强度较高，功用冗余较大。智能终端天线的运用范畴宽广，有或许面临各式各样的杂乱电磁环境，终端内部和终端周围很或许有很多金属部件。周围电磁场和金属物体的杂散辐射会对智能终端天线的功用构成较大影响，这就要求智能终端天线具有强抗搅扰功用，可以有用屏蔽周围电磁场和金属物体的搅扰。
1 折线螺旋天线简介
折线螺旋天线是一种运用叠加原理完成宽频带作业的天线，其结构如图1所示。折线螺旋天线由多条互相呈90度折叠的直线段组成，从外到内，每折叠一次直线段的长度就削减一次。每条直线段的长度不同，辐射频率不同，多条作业在不同频率的直线段的辐射相叠加，可以构成一个较宽的作业频段。
2 感应辐射阵列简介
感应辐射阵列由多片边长突变的正方形感应辐射贴片组成，一般与馈电辐射贴片合作运用。感应辐射贴片可以吸收馈电辐射贴片的部分辐射能量，并发生二次辐射。多片正方形感应辐射贴片的边长依照顺时针的次序逐步添加，它们的二次辐射频率也逐步改动，多片作业在不同频率的正方形感应辐射贴片的辐射相叠加，可以构成一个较宽的作业频段。
3 陶瓷薄片-铁氧体涂层复合结构简介
低损耗微波陶瓷资料具有较高的介电常数，在天线结构中添加一层陶瓷薄片可以有用削弱外部电场对天线辐射的影响。铁氧体是由铁的氧化物及其他配料烧结而成，具有较高的磁导率，在天线结构中添加一层铁氧体涂层可以有用屏蔽外界磁场对天线辐射的影响。将陶瓷薄片和铁氧体涂层组合在一起，可以有用阻挠天线周围环境电磁场和金属物体杂散辐射对天线辐射的搅扰，确保天线具有强抗搅扰功用。
4 天线结构规划
在规划中，运用PET薄膜作为天线基质资料，它的形状为正方形，尺度是30 mm×30 mm，厚度为0.2 mm，相对介电常数为4.0。PET薄膜的化学安稳性非常好，具有很好的耐腐蚀功用，可以确保天线有安稳的物理和化学性质。
天线全体分层截面结构如图2所示，天线结构第一层是折线螺旋-感应阵列复合辐射贴片，第二层是PET薄膜，第三层是导电墨水印制的接地板，第四层是避免外部电场搅扰的陶瓷薄片，第五层是避免外部磁场搅扰的铁氧体涂层。
折线螺旋-感应阵列复合辐射贴片结构如图3所示。其全体是一个边长为30 mm的方形，划分为三行三列，共九个小方形。中心的小方形区域放置折线螺旋馈电天线，周围的小方形区域放置八个方形感应天线，馈电点坐落复合辐射贴片的几许中心。折线螺旋馈电天线由10条线段组成，从外到内，每条线段的长度逐步减小，10条线段的长度分别为：10 mm、9 mm、8 mm、7 mm、6 mm、5 mm、4 mm、3 mm、2 mm、1 mm;相邻两条线段的夹角为90度，每条线段的宽度为1 mm。八个方形感应天线的边长，从坐落左上角的方形感应天线开端，依照顺时针的次序逐步添加，八个方形感应天线的边长分别为：1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm。
坐落复合辐射贴片中心的折线螺旋馈电天线由10条互相呈90度折叠的直线段组成，从外到内，每折叠一次直线段的长度就削减1 mm，最外侧的直线段长度为10 mm，最内侧的直线段长度为1 mm。每条直线段的长度不同，辐射频率不同，10条作业在不同频率的直线段的辐射相叠加，可以构成一个较宽的作业频段。坐落复合辐射贴片外围的八个方形感应天线组成感应辐射阵列，它们可以吸收折线螺旋馈电天线的部分辐射能量，并发生二次辐射。八个方形感应天线的边长依照顺时针的次序逐步添加，它们的二次辐射频率也逐步改动，八个作业在不同频率的方形感应天线的辐射相叠加，也可以构成一个较宽的作业频段。折线螺旋馈电天线和感应辐射阵列都具有宽频带作业特性，它们的辐射相叠加，可以得到一个辐射强度和带宽功用都较好的超宽作业频段。
薄膜基质下方的陶瓷薄片为低损耗微波陶瓷薄片，其形状为正方形，尺度是30 mm×30 mm，厚度为0.5 mm，相对介电常数为55。铁氧体涂层的尺度与陶瓷薄片的尺度相同，所用铁氧体是软磁铁氧体。
天线辐射结构和接地板由石墨烯导电墨水印制而成。石墨烯具有很高的电子迁移率，可以包容强度很高的射频电流，以石墨烯导电墨水印制天线辐射贴片和接地板，可以增强天线内部的射频电流强度，进步天线辐射强度。一起天线辐射贴片中没有金属，不易被腐蚀，天线的作业安稳性也会得到进步。
5 天线样品测验
依据上述规划方案，咱们制作了天线样品，测验了它的辐射功用和方向图功用，实测成果如图4和图5所示。
从图4可知，该款天线可以作业于0.526～14.832 GHz，作业带宽为14.306 GHz，带宽倍频程为28.19，回波损耗最小值为-54.38 dB。天线放置在移动通讯基站邻近或贴覆在金属板上时，辐射特性根本不变。实测成果显现，该款天线彻底掩盖了第二代至第五代移动通讯一切制式一切作业频段、射频辨认频段、超宽带通讯频段和移动数字电视频段。
从图5可知，该款天线具有杰出的空间全方向作业能力。
该款天线与一般的微波多频段天线比较，具有较大的功用优势，该款天线结构中运用了高介电常数陶瓷薄片和高磁导率铁氧体涂层，天线具有强抗搅扰功用，可以对立周围电磁场和金属物体搅扰，即便放置在移动通讯基站邻近或直接贴覆在金属板上，也可以正常作业;该款天线具有优异的宽频带作业特性，作业带宽到达14.306 GHz，带宽倍频程到达28.19，用一个超宽的作业频段就完成了对第二代至第五代移动通讯频段、射频辨认频段、超宽带通讯频段和移动数字电视频段的全掩盖;该款天线回波损耗值在作业频带内改变较为平稳，在作业频带内的大部分区域，天线回波损耗值都低于-50 dB，天线功用冗余较大;该款天线运用PET薄膜作为基质资料，运用石墨烯导电墨水印制辐射贴片和接地板，具有很好的抗腐蚀功用。
6 定论
本文针对微波多频段兼容智能终端对天线体系的功用要求，规划了一款强抗搅扰复合超宽频带天线，将具有宽频带作业特性的折线螺旋馈电天线和感应辐射阵列相结合，组成折线螺旋-感应阵列复合辐射贴片，兼具二者的长处，确保天线一起具有较高的辐射强度和较大的作业带宽。运用PET薄膜作为天线基质资料，确保天线具有较好抗腐蚀性和安稳的物理、化学特性。在天线结构中运用陶瓷薄片和铁氧体涂层，有用下降外界电磁场对天线辐射的搅扰。运用石墨烯导电墨水印制天线辐射贴片和接地板，进一步增强了天线的辐射强度。实测成果显现，该款天线可以对立周围电磁场和金属物体搅扰，具有超宽频带作业特性，作业频带可以彻底掩盖第二代至第五代移动通讯频段、射频辨认频段、超宽带通讯频段和移动数字电视频段，辐射强度较高、功用冗余较大，是一款具有宽广运用远景的多频段兼容天线。
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本文来源于《电子产品世界》2018年第11期第34页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
