高兼容性分形阵列仿生天线设计

本文针对移动通信系统、射频识别系统、超宽带系统、移动数字电视系统对天线的性能要求，创造性的将蝶形仿生天线与希尔伯特分形阵列相结合，设计了一款高兼容性分形阵列仿生天线，制作了天线样品并测试了天线的辐射特性。测试结果表明，该款天线完全覆盖了第二代至第五代移动通信所有工作频段、射频识别系统频段、超宽带系统频段和移动数字电视系统频段。使用该天线的智能终端将兼具手机通信、射频卡读写、超宽带传输和移动数字电视等多种功能，该天线有较大的应用潜力。

多网合一是目前无线通信发展的最重要趋势之一。移动通信手机、射频识别读写器、超宽带手持终端、移动数字电视终端是四种常见的无线通信手持终端设备，它们的工作频率接近，尺寸相当，具有很大的整合潜力。

如果一款天线能够同时覆盖第二代至第五代移动通信频段、射频识别频段、超宽带频段、移动数字电视频段，使用这款天线的智能手机就将兼具射频识别读写器、超宽带手持终端和移动数字电视终端的功能，可以读写校园卡、身份证、银行芯片卡、门禁卡、物流标签信息，可以实现近距离高速数据传输，可以收看高清移动数字电视，智能手机将升级成为多功能的“智能终端”[1] [2]。

目前，第二代、第三代、第四代移动通信模式长期共存，第五代移动通信即将于2020 年投入使用， 一款移动通信手机天线需要覆盖的频段为第二代移动通信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TD-SCDMA 制式1.880~1.920 GHz、2.010~2.025 GHz、2.300~2.400 GHz 频段，第三代移动通信WCDMA 制式1.920~1.980 GHz、2.110~2.170 GHz 频段， 第四代移动通信TD-LTE制式2.570~2.620 GHz频段， 第五代移动通信3.300~3.400 GHz、4.400~4.500 GHz、4.800~4.990 GHz 三个候选频段[3] [4] [5]。

目前， 射频识别技术最具有应用前景的频段为0.902~0.928 GHz、2.400~2.4835 GHz 和5.725~5.875 GHz [6] [7]。美国联邦通信委员会(FCC)确定的超宽带(UWB)的频段为3.100~10.600 GHz，这一标准现在已成为超宽带系统天线的国际标准[8] [9]。根据国际电信联盟的频段划分，基于卫星传输的移动数字电视频段为11.700~12.200 GHz。兼容移动通信频段、射频识别频段、超宽带频段、移动数字电视频段的“智能终端”天线需要覆盖上述所有频段，尺寸较小且有足够性能冗余， 能够在各种电磁环境下保证无线通信信号的传输质量。

2. 国内外研究现状 近年来，国内外学者在多频段移动通信天线方面取得了较多研究进展。Elsheakh 等人设计实现了5频段3D 单极天线，但其工作带宽较小[10]；杨利霞等人设计了能够兼容第二代和第三代移动通信的分形开槽双频天线，但天线尺寸较大， 不能满足小型化的要求[11]；爱尔兰贝尔实验室设计了第五代移动通信