[发明专利]分形单极子阵列超宽带定位信标天线

说明书

本发明提出分形单极子阵列超宽带定位信标天线，包括基板、贴覆在基板正面的分形单极子辐射贴片阵列、贴覆在基板背面的天线接地板和位于基板下方的渐变结构反射板；分形单极子辐射贴片阵列包括多个分形单极子辐射贴片；分形单极子辐射贴片包括馈线和与之相连的切角分形贴片；每片切角分形贴片下方的渐变结构反射板处设有对应的渐变结构反射单元；渐变结构反射单元包括周沿处的金属环形部、中间的半导体环形部和中央的绝缘部；绝缘部由多个介电常数渐变的片形件按矩形排列而成；在同个渐变结构反射单元内，各片形件的相对介电常数按照其排列顺序而逐个渐变；本发明能够完全覆盖超宽带通信频段，辐射方向性较好，天线尺寸较小，能够与定位信标共形。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是分形单极子阵列超宽带定位信标天线。

背景技术

室内定位技术是一种楼宇室内环境下的高精度定位技术，依靠无线通信和定位信标可实现对室内人员和物体的实时追踪定位，在工业4.0智慧工厂、无人值守展览与售货系统、现代仓储物流、重要人员与设备管控、楼宇内智能导航、医院智能导医等领域得到了越来越多的应用。

超宽带定位技术是目前定位精度最高的无线电室内定位技术，具有较强的穿透力、较高的时间分辨力和较好的抗多径效应能力，在室内环境下可以实现物品级别的定位精度和毫米级别的准确测距。2019年9月，美国苹果公司发布的iPhone11手机已集成超宽带芯片，超宽带定位技术已成为室内定位领域的主流技术。

超宽带通信的频段为3.100～10.600 GHz，超宽带定位信标天线需要能够超宽带工作并稳定辐射，能够完全覆盖超宽带通信频段，辐射方向性较好，电面方向图和磁面方向图都具有较小的零功率点波瓣宽度和半功率点波瓣宽度，较低的副瓣电平，较高的前后比，天线尺寸较小，能够与定位信标共形。

发明内容

本发明提出分形单极子阵列超宽带定位信标天线，能够完全覆盖超宽带通信频段，辐射方向性较好，天线尺寸较小，能够与定位信标共形。

本发明采用以下技术方案。

分形单极子阵列超宽带定位信标天线，所述天线包括基板、贴覆在基板正面的分形单极子辐射贴片阵列、贴覆在基板背面的天线接地板和位于基板下方的渐变结构反射板；所述分形单极子辐射贴片阵列包括多个分形单极子辐射贴片；所述分形单极子辐射贴片包括馈线和与之相连的切角分形贴片；每片切角分形贴片下方的渐变结构反射板处设有与该辐射贴片对应的渐变结构反射单元；所述渐变结构反射单元包括周沿处的金属环形部、中间的半导体环形部和中央的绝缘部；所述绝缘部由多个介电常数渐变的片形件按矩形排列而成；在同个渐变结构反射单元内，各片形件的相对介电常数按照其排列顺序而逐个渐变。

所述切角分形贴片的俯视向为面式分形迭代结构，所述面式分形迭代结构的零阶结构为一正方形；

面式分形迭代结构的一阶结构为零阶结构经切角处理所得的由4个直角三角形和12个小正方形组成的结构；所述切角处理为把原迭代结构中的正方形均分为十六个更小的正方形后，再对均分所得的小正方形中位于迭代结构边角处的正方形进行切割处理，所述切割处理是沿着正方形对角线切割掉一半；

面式分形迭代结构的二阶结构为把一阶结构中的正方体再次经切角处理后所得的结构；面式分形迭代结构的更高阶结构为把上一阶中的正方形经切角处理所得。

所述切角分形贴片的面式分形迭代结构的阶数不低于二阶；所述渐变结构反射单元的金属环形部以金或银或铜成型；所述渐变结构反射单元的半导体环形部以单晶硅材料成型。

所述切角分形贴片的面式分形迭代结构的阶数为二阶；所述渐变结构反射单元中央的片形件为陶瓷片。

所述渐变结构反射单元中央的绝缘部划分为6行6列共36个大小相同的陶瓷片，各个陶瓷片的相对介电常数按照从上到下、从左到右的顺序逐渐变化，相邻两个陶瓷片的相对介电常数差值为1。