作者 林斌 林智鹏厦门大学嘉庚学院(福建 漳州 363105)
摘要：针对微波频段多网合一体系对超宽频带天线的功用要求，将梯形多缝辐射结构、光子晶体结构、六边形阵列结构奇妙交融，规划了一款梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线，制作了天线样品并实践测验了天线作业功用。实测成果表明，该款天线具有微波频段多频段兼容功用，能够超宽频带作业，能够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，辐射功用较好，有较大功用冗余，在多网合一体系中有较大运用远景。
*基金项目：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)，福建省自然科学基金方案赞助项目(编号：2016J01318)
林斌(1984-)，男，硕士，副教授，研讨方向：微波射频器材规划、太赫兹波段器材规划;林智鹏，男，硕士，讲师，研讨方向：数学建模、电磁场数值核算。
0 导言
21世纪是无线通讯范畴高速前进的时期，各种不同制式的无线通讯体系正在得到广泛的运用。移动通讯、射频辨认、超宽带通讯、移动数字电视都是作业在微波频段的无线通讯运用体系，对终端硬件设备和通讯协议的要求类似，具有很大的整合潜力[1-6]。假如一款无线通讯终端能够一起掩盖移动通讯体系频段、射频辨认体系频段、超宽带通讯体系频段和移动数字电视体系频段，就能够完成在微波频段的多网合一。
我国现在正在一起运用多代移动通讯体系。我国运用的第二代移动通讯频段为GSM制式0.905 GHz～0.915 GHz、0.950 GHz～0.960 GHz、1.710 GHz～1.785 GHz、1.805 GHz～1.880 GHz频段;第三代移动通讯频段为TD-SCDMA制式1.880 GHz～1.920 GHz、2.010 GHz～2.025 GHz、2.300 GHz～2.400 GHz频段和WCDMA制式1.920 GHz～1.980 GHz、2.110 GHz～2.170 GHz频段;第四代移动通讯频段为TD-LTE制式2.570 GHz～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 GHz～3.400 GHz、4.400 GHz～4.500 GHz、4.800 GHz～4.990 GHz [7-8]。射频辨认体系有三个首要的作业频段：0.902 GHz～0.928 GHz、2.400 GHz～2.4835 GHz、5.725 GHz～5.875 GHz [9-10]。超宽带体系的作业频段为3.100 GHz～10.600 GHz [11]。移动数字电视体系作业频段为11.700 GHz～12.200 GHz [12]。一款微波频段的多网合一无线通讯终端天线应该能够一起掩盖上述一切作业频段，并满意回波损耗低、在各个作业频段辐射功用均匀安稳等要求。
1 梯形多缝天线简介
梯形多缝天线是一种具有较好的宽频带作业功用的多缝天线，其结构如图1所示。梯形多缝天线运用多条辐射缝隙作业频段叠加完成宽频作业，它由3条以上直线缝隙组成，从上到下，直线缝隙的长度逐步添加。每条直线缝隙的长度不同，作业频带不同，多条直线缝隙的辐射叠加，能够构成一个作业带宽较大的作业频带。
2 六边形光子晶体结构简介
六边形光子晶体结构如图2所示。把一个金属六边形结构分为12个直角三角形，在每个直角三角形的中心方位挖出一个直角三角形孔，让直角三角形孔周期性地散布在金属六边形结构中，能够构成六边形光子晶体结构，其发生的光子带隙会部分阻挠必定频率的微波信号的传达。经过合理规划，能够让光子晶体结构发生的光子带隙坐落天线作业频段中，这样天线在原作业频段的辐射会被部分阻挠，而在附近的频段发生辐射，然后增大天线的作业带宽。
3 六边形阵列结构简介
六边形阵列结构是一种依据仿生学原理提出的天线阵列排布结构，其摆放方法如图3所示。仿生学是一门全新的跨学科运用科学，它的研讨对象是生物体具有功用性的组成结构，并将其原理运用到工业规划之中，创造仿照生物安排、器官、巢穴作业原理，具有优秀功用的仪器设备。六边形阵列结构是仿照自然界中蜂巢结构的仿生结构，由六个正六边形环绕一个正六边形组成，其空间运用率高，且极端巩固，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，射频电流在其内部能够均匀散布，运用六边形阵列结构规划阵列天线能够确保天线具有超宽频带作业特性。
4 梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线结构规划
在规划中，运用低损耗微波陶瓷基板作为天线的介质基板，其相对介电常数为50，基板的形状为矩形，尺度是40 mm×41.6 mm，厚度为1 mm。微波陶瓷基板的正面贴覆有天线的梯形多缝-六边形阵列复合辐射贴片，其结构如图4所示。微波陶瓷基板的反面贴覆有天线的光子晶体-六边形阵列复合接地板，其结构如图5所示。
梯形多缝-六边形阵列复合辐射贴片运用六边形阵列结构作为根本结构，将六边形阵列中的每个边长为8.0 mm的正六边形区域划分为2个等腰梯形区域，并用梯形多缝小天线填充14个等腰梯形区域。梯形多缝小天线是在一个上底长度为8.0 mm、下底长度为16.0 mm的金属等腰梯形上开出7条直线缝隙得到，各条直线缝隙都与梯形的上下底边平行，缝隙宽度为0.5 mm。梯形多缝-六边形阵列复合辐射贴片的底部边缘中心设有天线馈电点。 光子晶体-六边形阵列复合接地板运用六边形阵列结构作为根本结构，将六边形阵列中的每个边长为8.0 mm的正六边形区域划分为12个直角三角形区域，并用空心直角三角形填充84个直角三角形区域，组成光子晶体接地板。空心直角三角形是在每个金属直角三角形的中心方位，挖出直角三角形孔而得到。三角形孔的各边的长度为金属直角三角形各边的长度的一半。
梯形多缝-六边形阵列复合天线很好地将梯形多缝天线和六边形阵列结构的长处结合起来，梯形多缝天线经过多条不同长度的缝隙的辐射叠加，确保天线有较高的辐射强度和较大的作业带宽。六边形阵列结构的完美对称，使射频电流在天线内部均匀散布，增大了天线的作业带宽并确保天线在各个作业频段的辐射功用均匀安稳。光子晶体-六边形阵列复合接地板运用发生的光子带隙进一步拓宽了天线的作业频段，使天线具有优异的超宽频段作业功用。
5 梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线样品测验
依据上述规划，咱们制作了天线样品，并测验了它的辐射功用和方向图功用，实测成果如图6和图7所示。
从图6可知，该款天线的作业频带规模为0.538 GHz～15.131 GHz，作业带宽为14.593 GHz，带宽倍频程为28.12，在整个作业频带内天线回波损耗都低于-10 dB，回波损耗最小值为-51.69 dB。实测成果显现，该款天线彻底掩盖了0.902 GHz～0.928 GHz、0.905 GHz～0.915 GHz、0.950 GHz～0.960 GHz、1.710 GHz～1.785 GHz、1.805 GHz～1.880 GHz、1.880 GHz～1.920 GHz、1.920 GHz～1.980 GHz、2.010 GHz～2.025 GHz、2.110 GHz～2.170 GHz、2.300 GHz～2.400 GHz、2.400 GHz～2.4835 GHz、2.570 GHz～2.620 GHz、3.300 GHz～3.400 GHz、4.400 GHz～4.500 GHz、4.800 GHz～4.990 GHz、5.725 GHz～5.875 GHz、3.100 GHz～10.600 GHz、11.700 GHz～12.200 GHz等第二代至第五代移动通讯一切制式一切作业频段、射频辨认体系作业频段、超宽带体系作业频段、移动数字电视体系作业频段。
从图7可知，该款天线的电面和磁面都具有杰出的空间全视点作业能力。
6 定论
本文针对四种微波频段无线通讯运用体系对微波频段多网合一天线的功用要求，将梯形多缝天线和六边形阵列结构相结合，规划了梯形多缝-六边形阵列复合辐射贴片;将六边形光子晶体结构和六边形阵列结构相结合，规划了光子晶体-六边形阵列复合接地板;辐射贴片和接地板结合，组成了梯形多缝-六边形阵列复合超宽频带天线。实测成果显现，该款天线能够用一个超宽的作业频带，一起掩盖第二代至第五代移动通讯体系频段、射频辨认体系频段、超宽带通讯体系频段和移动数字电视体系频段，并满意回波损耗低、在各个作业频段辐射功用均匀安稳、全向辐射等要求，具有超强的兼容性。
与现有移动通讯、射频辨认、超宽带通讯、移动数字电视天线比较，该款天线具有较大的功用优势。该款天线用一个超宽的作业频带一起掩盖了四种体系的作业频段，其超宽带作业功用远远好于用多频段叠加方法完成掩盖的现有天线;该款天线在0.702 GHz～14.503 GHz的频率规模内，回波损耗值都低于-50 dB，动摇很小，回波损耗远低于现有天线，且在各个作业频段的辐射功用都具有很高的安稳性;天线运用了六边形阵列仿生结构，具有很高的机械强度，抗破坏性强。该款天线功用优异，在微波频段多网合一体系中有较好的运用远景。
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本文来源于《电子产品世界》2018年第8期第30页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
