三重光子晶体分形缝隙阵列天线的设计

本文针对多频段兼容移动通信系统和RFID系统对天线的性能要求，创造性地提出了一种新型三重光子晶体天线结构，并将其与十字分形缝隙阵列结构相结合，设计了一款三重光子晶体分形缝隙阵列天线，制

随着移动通信技术的不断发展，不同标准、不同频率、不同制式的多种无线通信频段模式将长期共存。

天线是实现射频电流和电磁波能量转换的重要换能器， 是移动通信设备传输电磁波信号的重要部件。

移动通信的多网络并存要求天线系统能够同时工作在多个频段。我国目前使用的2G 移动通信频段为905~915 MHz、950~960 MHz、1710~1785 MHz、1805~1880 MHz 频段；3G 移动通信频段为1880~1920 MHz、1920~1980 MHz、2010~2025 MHz、2110~2170 MHz、2300~2400 MHz 频段；4G 移动通信频段为2570~2620 MHz 频段；5G 移动通信频段为3300~3400 MHz、4400~4500 MHz、4800~4990 MHz 频段[1] [2] [3]。

RFID 技术是一种基于射频无线传输的中远距离自动识别技术， 它于上个世纪末被提出并得到广泛应用，近年来已经获得了一系列的成果，在仓储物流、全自动销售、交通运输控制管理、防伪、图书、航空等领域均有广泛的应用。天线在RFID 系统中具有举足轻重的地位，天线的各项特性及形态大小，极大程度地影响了RFID 系统的工作性能及应用领域。RFID 系统有三个主要的工作频段：902~928 MHz、2400~2483.5 MHz、5725~5875 MHz [4] [5] [6]。

移动通信系统和RFID 系统工作频率接近，且都需要移动终端(手机和RFID 读写器)，如果能设计一款天线，同时覆盖目前应用最广泛的2G、3G、4G、5G 移动通信系统工作频段和RFID 系统三个工作频段， 就能够实现移动通信系统和RFID 系统的兼容， 让使用这种天线的手机同时具备RFID 读写器的功能。

本文将采用三重光子晶体天线结构和十字分形缝隙阵列结构相结合的设计思路，设计一款兼具二者优势的三重光子晶体分形缝隙阵列天线，实现对2G、3G、4G、5G 移动通信系统工作频段和RFID 系统三个工作频段的完全覆盖。

2. 国内外研究现状 国内外现有的移动通信天线已能够稳定地实现单频段或双频段工作，部分性能较好的移动通信天线已经能够同时工作于三个频段。但是当工作频段多于三个时，国内外现有的移动通信天线在多频段工作方面存在着不足，它们无法在每个工作频段都保持较强的辐射强度和较大的工作带宽，无法保证移动通信无线信号在每个工作频段都有较好的传输效果。2G、3G、4G、5G 移动通信系统总共有超过十个工作频段，要完全覆盖这些工作频段，对国内外现有的移动通信天线是“不可能完成的任务”。目前只有少部分移动通信天线能够同时覆盖2G、3G 移动通信频段或同时覆盖2G、4G 移动通信频段。要实现同时覆盖2G、3G、4G、5G 移动通信频段，现有的移动通信天线技术需要使用多个天线或多组天线阵列，天线占用的空间较大[7] [8] [9]。