CN103367892B - 一款基于分形的超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

一款基于分形的超宽带天线及其分形方法，属无线通信技术领域。天线包括：介质板（3），直接相连的辐射单元（2）和馈电单元（4），其上有一个开槽（5）的接地单元（6）。辐射单元（2）的分形方法：a.把正方型辐射片2切去四个等腰直角三角形，且三角形的直角边的边长为正方形辐射片2的三分之一；b.对第一次分形后剩余的结构在中间划出5个正方形，每个正方形的面积为分形前整个正方形的辐射片（2）的1/9，每个正方形的四个角都切去一个等腰三角形，三角形的直角边是正方形边长的三分之一；c.二次分形后剩余的结构按b步骤的方法继续就形成第三次迭代。优点在于：具有超宽带、多频工作、方向性好、驻波比小，且能实现良好的阻抗匹配的优点。

Description

一款基于分形的超宽带天线
技术领域：
本发明涉及一款基于分形的超宽带天线及其分形方法，属无线通信技术领域。
背景技术：
自从美国联邦通信委员会将3.1GHz-10.6 GHz频段划分为超宽带系统频段以来，工业界和学术界已经在超宽带无线电技术领域投入了大量的研究和努力。作为超宽带系统的一个重要组成部分，超宽带天线在宽带阻抗匹配、稳定的辐射方向图、小型化和低成本方面吸引了广泛的研究。
分形既是一种宽频带方法，也是一种小型化方法分形。这一概念源于几何中的分形图形，应用于天线即把分形的图案应用在天线的辐射片或者接地板上。分形结构有两个特点，一是空间填充性，一是自相似性。由于在实现分形过程中需不断的对辐射片或接地板进行划分和切割，这样就降低了天线的Q值，从而实现天线的小型化。对于不同分形几何和不同的分形迭代次数，产生的频带宽度也不尽相同。经过分形后，图形会包含一些细小的结构，这些结构产生了连续的谐振，可以形成较宽的频带。增加迭代次数，进而可以达到超宽带的要求。因此，分形天线技术极大促进了超宽带天线技术的发展与应用。
本发明涉及一款基于分形的超宽带天线及其分形方法，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容：
本发明在克服现有技术不足的基础上，提供一款基于分形的超宽带天线及其分形方法。
本发明的一款基于分形的超宽带天线，由介质板（3），印制在介质板一面上且直接连通的辐射单元（2）和馈电单元（4），以及印制在介质板另一面的接地单元（6）构成，其中：
a.辐射单元（2）为经三次迭代分形而形成的且为连通体的金属贴片，其上 蚀刻缝隙（1）；
 b.接地单元（6）为长方形的金属贴片，其上蚀刻有一长方形槽（5）。
所述一款基于分形的超宽带天线中的辐射单元（2）的分形方法是：
 a.把正方型辐射片2切去四个等腰直角三角形，且三角形的直角边的边长为正方形辐射片2的三分之一，这样就完成了分形的第一次迭代；
 b.对第一次分形后剩余的结构在中间划出5个正方形，每个正方形的面积为分形前整个正方形的辐射片（2）的1/9，并且每个正方形的四个角都切去一个等腰三角形，三角形的直角边是正方形边长的三分之一，这样就形成了对三角形的第二次迭代；
 c.对第二次分形后剩余的结构按上述b步骤的方法继续就形成第三次迭代。
本发明通过增加迭代次数来增加天线的频带的谐振频率点，不断增加带宽。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、具有超宽带、多频工作、方向性好、驻波比小，并且能够实现良好的阻抗匹配的优点。
2、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、损耗低，满足平面设计的要求；制作成
本低、精度高、可重复性好，适合于小型化设备使用，便于批量生产。
附图说明：
图1为本发明的正视图结构示意图。
图2为本发明的后视图结构示意图。
图3为本发明的实测回波损耗图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明的一款基于分形的超宽带天线，由介质板3，印制在介质板一面上且直接连通的辐射单元2和馈电单元4，以及印制在介质板另一面的接地单元6构成，其中：
a.辐射单元2为经三次迭代分形而形成的且为连通体的金属贴片，其上蚀刻缝隙1；
    b.接地单元6为长方形的金属贴片，其上蚀刻有一长方形槽5；
所述一款基于分形的超宽带天线中的辐射单元2的分形方法是：
 a.把正方型辐射片2切去四个等腰直角三角形，且三角形的直角边的边长为正方形辐射片2的三分之一，这样就完成了分形的第一次迭代；
 b.对第一次分形后剩余的结构在中间划出5个正方形，每个正方形的面积为分形前整个正方形的辐射片2的1/9，并且每个正方形的四个角都切去一个等腰三角形，三角形的直角边是正方形边长的三分之一，这样就形成了对三角形的第二次迭代；
 c.对第二次分形后剩余的结构按上述b步骤的方法继续就形成第三次迭代。三次迭代形成的辐射单元2，如图1所示。
该天线采用厚度为1.6mm、相对介电常数为4.4的FR4介质板，3mm宽的微带线馈电，初始的正方形辐射片的边长为81mm。
本发明通过增加迭代次数来增加天线的频带的谐振频率点，不断增加带宽。
本发明采用50Ω的微带线进行馈电。实测回波损耗如图3所示，在20GHz以下能够实现2.4GHz、7.9GHz、13.1GHz、18.4GHz的四个谐振频率，S11<-10dB的工作频带分别为1.6GHz-10.7GHz、12GHz-14.2GHz、16.7-20GHz及以上，不仅能够完全覆盖3.1-10.6GHz的超宽带频带，而且还覆盖了TD-SCDMA（1880-1920MHz，2010MHz-2025MHz，2300-2400MHz）、WCDMA（1940-1955MHz,2130-2135MHz）、CDMA2000（1920-1935MHz,2110-2125MHz）、卫星通讯(7.25-7.75 GHz)和ITU(8.025-8.4 GHz)以及其它通信卫星工作频段，且能够实现良好的阻抗匹配。

Claims (1)

1.一款基于分形的超宽带天线，其特征在于该基于分形的超宽带天线由介质板(3)，印制在介质板一面上且直接连通的辐射单元(2)和馈电单元(4)，以及印制在介质板另一面上的接地单元(6)构成，其中：辐射单元(2)为经三次迭代分形而形成的且为连通体的金属贴片，其上蚀刻缝隙(1)；接地单元(6)为长方形的金属贴片，其上蚀刻有一长方形槽(5)；
该超宽带天线中的辐射单元(2)的分形方法是：
a.沿正方形辐射片的四个角切去四个等腰直角三角形，且三角形的直角边的边长为正方形辐射片边长的三分之一，这样就完成了分形的第一次迭代；
b.对第一次分形后剩余的结构在中间划出5个正方形，每个正方形的面积为分形前整个正方形的辐射片面积的1/9，并且每个正方形的四个角都切去一个等腰三角形，三角形的直角边的边长是正方形边长的三分之一，这样就形成了对三角形的第二次迭代；
c.对第二次分形后剩余的结构按上述b步骤的方法继续就形成第三次迭代。
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