CN106450716A - 分形结构单极子天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分形结构单极子天线，包括接地板、介质基板、Hilbert分形导线层、耦合条带、激励条带、同轴电缆，其中，接地板包括相对的第一表面和第二表面；介质基板设置于接地板的第一表面，并与接地板垂直设置，介质基板包括相对的第三表面和第四表面；Hilbert分形导线层贴设于介质基板的第三表面；耦合条带贴设于介质基板的第三表面；激励条带贴设于介质基板的第四表面；同轴电缆包括内导体和外导体，外导体与接地板的第二表面相连，内导体穿过接地板以与激励条带相连。通过上述技术方案，将Hilbert分形导线层取代直线状单极子，利用激励条带与Hilbert分形导线层之间的耦合，能够保证单极子天线在带宽和增益不受影响的前提下，降低单极子天线的谐振频率。
Description
技术领域
本发明涉及天线设计技术领域，具体地，涉及一种分形结构单极子天线。
背景技术
随着无线通信技术的发展和移动通信终端设备的普及，现阶段新型天线的设计需满足小型化、多频化、可集成化等多方面的要求，在将天线设计更小的同时，还需保证天线的性能不受影响。“分形”是用来描述具有自相似特性的复杂结构，分形技术已经被广泛应用于科学和工程领域的各个方面，几何属性上具有分形特征的天线被称为分形天线，分形天线在保持和现有天线性能相似的情况下，能够减小天线的尺寸并增加天线的工作带宽。Hilbert分形曲线具有良好的平面填充特性，将其应用于单极子天线中具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种小型化且能够降低单极子天线谐振频率的分形结构单极子天线。
为了实现上述目的，本发明提供一种分形结构单极子天线，包括：接地板，包括相对的第一表面和第二表面；介质基板，设置于所述接地板的第一表面，并与所述接地板垂直设置，其包括相对的第三表面和第四表面；Hilbert分形导线层，贴设于所述介质基板的第三表面；耦合条带，贴设于所述介质基板的第三表面；激励条带，贴设于所述介质基板的第四表面；同轴电缆，包括内导体和外导体，外导体与所述接地板的第二表面相连，内导体穿过所述接地板以与所述激励条带相连。
可选地，所述接地板为圆形板，所述介质基板为矩形板，所述介质基板的中轴线穿过所述接地板的圆心，所述耦合条带位于所述Hilbert分形导线层的中轴线上。
可选地，所述Hilbert分形导线层为Hilbert二阶迭代分形形状。
可选地，所述Hilbert分形导线层与所述接地板之间具有间隙。
可选地，所述接地板的面积大于所述介质基板的面积。
可选地，所述接地板为铜板。
可选地，所述介质基板为Rogers RO4350，相对介电常数为3.66，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.004，板材厚度th＝0.508mm。
通过上述技术方案，将Hilbert分形导线层取代直线状单极子，利用激励条带与Hilbert分形导线层之间的耦合，能够保证单极子天线在带宽和增益不受影响的前提下，降低单极子天线的谐振频率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的分形结构单极子天线的整体结构示意图；
图2是本发明提供的分形结构单极子天线的主视图；
图3是本发明提供的分形结构单极子天线的主视图；
图4是本发明提供的分形结构单极子天线|S11|参数随频率变化的曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明提供一种分形结构单极子天线，包括Hilbert(希尔伯特)分形导线层1、激励条带2、同轴电缆3、介质基板4以及接地板5，其中，接地板5包括相对的第一表面和第二表面；介质基板4设置于接地板5的第一表面，并与接地板5保持垂直设置，介质基板4包括相对的第三表面和第四表面；Hilbert分形导线层1和耦合条带11均贴设于介质基板4的第三表面；激励条带2贴设于介质基板4的第四表面；同轴电缆3包括内导体和外导体，外导体与接地板5的第二表面相连，内导体穿过接地板5以与激励条带2相连。
通过上述技术方案，将Hilbert分形导线层取代直线状单极子，在相同的尺寸下，利用激励条带与Hilbert分形导线层之间的耦合，能够在保证单极子天线带宽和增益不受影响的前提下，降低单极子天线的谐振频率。
具体地，在本发明提供的实施方式中，如图1至图3所示，接地板5可以为圆形板，介质基板4可以为矩形板，为了增大辐射面积，提高天线的辐射效率，增强天线的方向性，接地板5的面积须远远大于介质基板4的面积。介质基板4的长H＝2.5mm，宽wid3＝1mm，采用的材料为Rogers RO4350(tm)(罗杰斯RO4350)，相对介电常数为3.66，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.004，板材厚度th＝0.508mm，这种材料的介质基板损耗角低且对辐射效率有一定的保证。接地板5可以为圆形铜板，半径为sus_r＝80mm，厚度为sus_th＝2mm，接地板5的中心被同轴电缆3的填充介质所取代。
其中，在本发明的实施方式中，介质基板4的中轴线穿过接地板5的圆心，耦合条带11位于Hilbert分形导线层1的中轴线上，激励条带2贴设于介质基板4的第四表面，且处于介质基板4的中轴线上，这样，能够增加激励条带2与Hilbert分形导线层1之间的耦合面积，以便于激励条带2与Hilbert分形导线层1之间的耦合。其中，激励条带2的长H＝2.5mm，宽wid3＝1mm，耦合条带11宽度wid2＝1.2mm。此外，为了方便天线接收馈电，同轴电缆3整体穿过接地板5，同轴电缆3的内导体超出接地板5的第一表面1mm，连接激励条带2的下端，外导体与接地板5的第二表面连接，使激励条带2不与接地板5接触。此外，考虑到加工精度的要求，为了保持Hilbert分形导线层1结构的完整性，Hilbert分形导线层1与所述接地板5之间具有间隙，具体地，在矩形介质基板4的长边增加了0.5mm，以保证加工时Hilbert分形导线层1不接触到地板，且分形结构不被破坏。
其中，在本发明的实施方式中，Hilbert分形导线层1为Hilbert二阶迭代分形形状，采用Hilbert分形结构能够弯曲天线表面的电流，大幅度的增加电流路径，借此来降低天线的谐振频率，并达到缩减天线尺寸的目的，具有较强的实用价值。但是，当Hilbert分形导线层1的阶数大于二阶时，由于电流路径的弯折拐点较多，增加高频谐振点的个数，使整体的谐振频率向高频方向移动。具体的，上述Hilbert分形导线层1采用Hilbert二阶迭代分形形状作为主体结构，整体分形结构为len＝30mm的正方形，分形的条带宽度wid1＝1.2mm，中轴线上耦合条带11的宽度wid2＝1.2mm，内部分形的基础结构为长len2＝4.5mm，宽len1＝4mm的U型结构，且Hilbert分形导线层1和激励条带2，均为厚度Co_th＝0.018mm的覆铜薄膜。
其中，在本发明的实施方式中，通过不断地调整Hilbert分形导线层1、耦合条带11以及激励条带2的宽度，优化该分形结构单极子天线的辐射效率。其中，表1为上述分形结构单极子天线中各组件的尺寸参数，根据表1中的参数，使用高频电磁仿真软件HFSS13.0进行仿真分析，经过仿真优化之后得到本发明提供的分形结构单极子天线的|S11|参数随频率变化的曲线，可以发现，在|S11|参数比较理想的情况下，与同尺寸单极子天线相比，其谐振频率低得多，同时对天线辐射效率的影响也不大，上述结果说明通过引入Hilbert二阶迭代分形结构，在相同尺寸、对辐射效率影响不大的情况下，可以很大程度上降低谐振频率，达到优化天线的目标。
表1.各参数最佳尺寸表
注：L1为同轴电缆3的长度，th为介质基板4的厚度，r1、r2为同轴电缆3的外导体和内导体的半径，sus_th为接地板5的厚度，len为介质基板4的长度，Co_th为铜片厚度，wid1为Hilbert分形导线层1的宽度，H为激励条带2的高度，wid3为激励条带2的宽度，len1、len2为二阶Hilbert分形导线层1基础图形的宽和长，L2为介质基板4向上平移的距离，sus_r为接地板5的半径。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (7)
1.一种分形结构单极子天线，其特征在于，包括：
接地板，包括相对的第一表面和第二表面；
介质基板，设置于所述接地板的第一表面，并与所述接地板垂直设置，其包括相对的第三表面和第四表面；
Hilbert分形导线层，贴设于所述介质基板的第三表面；
耦合条带，贴设于所述介质基板的第三表面；
激励条带，贴设于所述介质基板的第四表面；
同轴电缆，包括内导体和外导体，外导体与所述接地板的第二表面相连，内导体穿过所述接地板以与所述激励条带相连。
2.根据权利要求1所述的分形结构单极子天线，其特征在于，所述接地板为圆形板，所述介质基板为矩形板，所述介质基板的中轴线穿过所述接地板的圆心，所述耦合条带位于所述Hilbert分形导线层的中轴线上。
3.根据权利要求1所述的分形结构单极子天线，其特征在于，所述Hilbert分形导线层为Hilbert二阶迭代分形形状。
4.根据权利要求1所述的分形结构单极子天线，其特征在于，所述Hilbert分形导线层与所述接地板之间具有间隙。
5.根据权利要求1所述的分形结构单极子天线，其特征在于，所述接地板的面积大于所述介质基板的面积。
6.根据权利要求1所述的分形结构单极子天线，其特征在于，所述接地板为铜板。
7.根据权利要求1所述的分形结构单极子天线，其特征在于，所述介质基板为RogersRO4350，相对介电常数为3.66，相对磁导率为1.0，损耗角正切为0.004，板材厚度th＝0.508mm。
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