CN101017927B - 类八木可重构分形天线 - Google Patents

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Abstract

本发明针对目前没有一种电气性能较高且结构简单的频率和方向图同时可重构天线可供使用的问题，公开了一种类八木可重构分形天线，它由结构相同的上、下二层天线组件组成，其特征是所述的上层天线组件(1-1)和下层天线组件(1-2)均由位于基板上的两个三角形金属片(1，2)、两个V形无源贴片振子(3，4)、两个直线形无源贴片振子(5，6)以及微波开关(7，8，9，10，11)组成，它们组成一个类八木天线结构，其中，两个三角形金属片(1，2)的顶点相对，两个V形无源贴片振子(3，4)位于两个三角形金属片(1，2)的两侧，所述的两个直线形无源贴片振子(5，6)对称放置在对应的两个V形无源贴片振子(3，4)的外侧。它为解决高电气性能的频率和方向图同时可重构这一天线领域的技术难题提供了很好的思路。

Description

类八木可重构分形天线
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其是一种基于Sierpinski分形原理设计的广泛用于无线通信、雷达和其它有工作频率和方向图同时可重构要求的天线，具体地说是一种类八木可重构分形天线。
背景技术
近几年来，频率和方向图同时可重构天线被认为是电子设备朝多功能方向发展，而需要安装多副天线所带来的工作平台体积大、重量重，且电磁兼容性能差等一系列问题的一个最佳方案。目前已有研究人员设计出了这种类型的天线，其中最为典型的是G.H.Hoff等人在文献“A novel radiationpattern and frequency reconfigurable single turn square spiralmicrostrip antenna”(IEEE Microwave and Wireless Component LettersVol.13，No.2，2003，第57页至第59页)中提出的单臂正方形微带螺旋天线。但这些天线所能达到的电气性能较差，主要表现在每个子带不仅工作频带窄，阻抗匹配差，而且中心频率不容易灵活配置，同时方向图能覆盖到的范围也非常有限。尽管跟它们相比，C.M.Coleman等人在文献“Self-StructuringAntennas”(IEEE Antenna and Propagation Magazine，Vol.44，No.3，June2002，第11页至第22页)中提出的自组织天线在性能方面有了较大的提高，但这种形式的天线因实现起来过于复杂而很难投入实用。因此如何设计出电气性能较高且结构简单的频率和方向图同时可重构天线是一个一直都没有得到解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是针对目前没有一种电气性能较高且结构简单的频率和方向图同时可重构天线可供使用的问题，发明一种新型的能实现频率和方向图同时可重构的类八木可重构分形天线。
本发明的技术方案是：
一种类八木可重构分形天线，由结构相同的上层天线组件1-1和下层天线组件1-2组成，二者呈空间垂直状态布置，其特征是所述的上层天线组件1-1和下层天线组件1-2均由位于基板上的两个三角形金属片1，2、两个V形无源贴片振子3，4、两个直线形无源贴片振子5，6以及微波开关7，8，9，10，11组成，它们组成一个类八木天线结构，其中，两个三角形金属片1，2的顶点相对，其上根据Sierpinski分形原理设有多个三角形镂空体，在每个三角形镂空体的三个顶点处各安装有使相邻三角形金属体断开或相连的微波开关7；两个V形无源贴片振子3，4分别位于两个三角形金属片1，2的两侧，它们的四个顶点(即两个三角形金属片1、2的两个顶点加上两个V形无源贴片振子3、4的两个顶点)均指向同一点，组成V形无源贴片振子3的两个边上各设有多个能使该边断开或连上的微波开关8，组成V形无源贴片振子4的两个边上也设有多个能使该边断开或连上的微波开关9；所述的两个直线形无源贴片振子5、6对称对称放置在对应的两个V形无源贴片振子3，4的外侧，使直线形无源贴片振子5断开或连通的微波开关10安装在直线形无源贴片振子5上，使直线形无源贴片振子6断开或连通的微波开关11安装在直线形无源贴片振子6上。
所述的上层天线组件1-1中的一组三角形金属片1、2和下层天线组件1-2中的一组三角形金属片呈空间垂直。
在所述的直线形无源贴片振子5上至少设有三个使其断开或连通的微波开关10，在所述的直线形无源贴片振子6也设有相同数量的使其断开或连通的微波开关11。
本发明具有以下优点：
1、本发明以八木天线的工作原理为基础，并巧妙地融入分形结构和可重构技术，因此除了能达到较高的电气性能如每个子带的工作频带宽、中心频率配置灵活、方向图覆盖区域宽之外，还具有结构工艺简单、成本低等优点。
2、本发明以可重构分形天线为辐射器，并结合八木天线的工作原理，设计出了能实现频率和方向图同时可重构的多功能类八木天线。采用可重构分形天线可以在吸取分形天线易于实现多频段工作的优点和可重构技术便于实现频率切换的优点的同时，很好地克服了它们自身的缺点；采用双层结构并且附加V形无源贴片振子和直线形无源贴片振子则能扩大可重构方向图的覆盖范围。因此跟现有的方案相比，这种多功能类八木天线不仅能提高天线的电气性能，而且简化了结构工艺、降低了成本、提高了可靠性。
3、本发明为解决高电气性能的频率和方向图同时可重构这一天线领域的技术难题提供了很好的思路。
附图说明
图1是本发明的上层天线组件的结构俯视图。
图2是本发明的下层天线组件的结构俯视图。
图3是本发明的天线结构断面示意图。
具体实施方式
下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图3所示。
一种类八木可重构分形天线，由结构相同的上层天线组件1-1(如图1所示)和下层天线组件1-2(如图2所示)组成，二者呈空间垂直状态布置，即上层天线组件1-1中的一组三角形金属片1、2和下层天线组件1-2中的一组三角形金属片呈空间垂直。上层天线组件1-1和下层天线组件1-2均由位于基板上的两个三角形金属片1，2、两个V形无源贴片振子3，4、两个直线形无源贴片振子5，6以及微波开关7，8，9，10，11(可采用晶体管开关或常见的微机电开关MEMS加以实现)组成，它们组成一个类八木天线结构。其中，两个三角形金属片1，2的顶点相对，其上根据Sierpinski分形原理设有多个三角形镂空体，在每个三角形镂空体的三个顶点处各安装有使相邻三角形金属体断开或相连的微波开关7；两个V形无源贴片振子3，4分别位于两个三角形金属片1，2的两侧，它们的四个顶点(即两个三角形金属片1、2的两个顶点加上两个V形无源贴片振子3、4的两个顶点)均指向同一点，组成V形无源贴片振子3的两边各设有多个(一个以上)能使该边断开或连上的微波开关8，组成V形无源贴片振子4的两边各设有多个(一个以上)能使该边断开或连上的微波开关9；所述的两个直线形无源贴片振子5、6对称放置在对应的两个V形无源贴片振子3，4的外侧，使直线形无源贴片振子5断开或连通的三个(也可为三个以上)微波开关10均匀分布在直线形无源贴片振子5上，使直线形无源贴片振子6断开或连通的三个(也可为三个以上)微波开关11均匀分布在直线形无源贴片振子6上。
本发明的工作过程为：
如图1和图3所示，同轴电缆经馈电电路23后直接对用于辐射的两个三角形金属片1和2进行馈电。当分布在金属片1和2上的所有微波开关7闭合时，天线工作在低频段，其中心频率主要取决于三角形金属片1和2的高。此时若分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8、分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9和分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10都处于断开状态，而只有分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“A”；若分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8、分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9和分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11都处于断开状态，而只有分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“B”。当分布在金属片1和2上的所有微波开关7断开时，天线工作在高频段，其中心频率主要取决于1和2中小三角形金属片的高。此时若分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10、分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11和分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8都处于断开状态，而只有分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“A”；若分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10、分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11和分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9都处于断开状态，而只有分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“B”。
同样如图2和图3所示，同轴电缆经馈电电路23后直接对用于辐射的两个三角形金属片1和2进行馈电。当分布在金属片1和2上的所有微波开关7闭合时，天线工作在低频段，其中心频率主要取决于三角形金属片1和2的高。此时若分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8、分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9和分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10都处于断开状态，而只有分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“C”；此时若分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8、分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9和分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11都处于断开状态，而只有分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10)闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“D”；当分布在金属片1和2上的所有微波开关7断开时，天线工作在高频段，其中心频率主要取决于1和2中小三角形金属片的高。此时若分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10、分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11和分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8都处于断开状态，而只有分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“C”；若分布在直线形无源贴片振子5上的微波开关10、分布在直线形无源贴片振子6上的微波开关11和分布在V形无源贴片振子4上的微波开关9都处于断开状态，而只有分布在V形无源贴片振子3上的微波开关8闭合时，那么天线的最大辐射方向指向“D”；
同理，对类八木天线的形状作一下变化，本发明还可以制成工作频带覆盖三个或三个以上频段的频率和方向图同时可重构天线。

Claims (2)

1.一种类八木可重构分形天线，由结构相同的上层天线组件(1-1)和下层天线组件(1-2)组成，二者呈空间垂直状态布置，其特征是所述的上层天线组件(1-1)和下层天线组件(1-2)均由位于基板上的两个三角形金属片(1，2)、两个V形无源贴片振子(3，4)、两个直线形无源贴片振子(5，6)以及微波开关(7，8，9，10，11)组成，它们组成一个类八木天线结构，其中，两个三角形金属片(1，2)的顶点相对，其上根据Sierpinski分形原理设有多个三角形镂空体，在每个三角形镂空体的三个顶点处各安装有使相邻三角形金属体断开或相连的微波开关(7)；两个V形无源贴片振子(3，4)分别位于两个三角形金属片(1，2)的两侧，两个V形无源贴片振子(3，4)的两个顶点和两个三角形金属片(1，2)的两个顶点共四个顶点均指向同一点，组成V形无源贴片振子(3)的两个边上各设有多个能使该边断开或连上的微波开关(8)，组成V形无源贴片振子(4)的两个边上也设有多个能使该边断开或连上的微波开关(9)；所述的两个直线形无源贴片振子(5，6)对称放置在对应的两个V形无源贴片振子(3，4)的外侧，在直线形无源贴片振子(5、6)上均安装有使它们断开或连通的至少三个微波开关(10、11)。
2.根据权利要求1所述的类八木可重构分形天线，其特征是所述的上层天线组件(1-1)中的一组三角形金属片(1、2)和下层天线组件(1-2)中的一组三角形金属片呈空间垂直。
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