CN113745826A - 一种椭圆分形圆形贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种椭圆分形圆形贴片天线，包括椭圆分形圆形贴片天线、基底、馈线、地板；本发明的贴片天线是一种椭圆分形的圆形，在半径为R的基本圆的边缘沿周向挖分形椭圆孔，分形迭代因子为1/n，n为>2的自然数，本发明实例n＝3；理想一阶分形在基本圆圆周内侧相切360度3单元圆周阵列的长半径a1＝R/3、短半径b1＝a1/3的椭圆孔，二阶分形沿基本圆周向与一阶分形椭圆孔两侧各相切一个长半径a2＝a1/3、短半径b2＝a2/3的椭圆孔，360度3单元圆周阵列，椭圆孔长轴与圆心对齐且理想一二阶椭圆孔长轴内侧的象限点都位于直径为Φc＝Φ/3的圆周上；实际应用中一阶、二阶分形椭圆孔沿径向往外移动Δ，二阶分形椭圆孔和一阶分形椭圆孔相交切割，两者长轴夹角为α；实例中Δ＝0.11mm，α＝14.8°。

Description

一种椭圆分形圆形贴片天线
技术领域
本发明涉及一种贴片天线，尤其是指一种椭圆分形圆形贴片天线。
背景技术
贴片天线被广泛应用于通信领域，是一种剖面小，易于共形的天线，但是对于射频段的低频段以下，比如L波段，平面尺寸比较大，往往期望平面尺寸更加小型化。
贴片天线中经常使用圆形天线，低频段比如L波段的圆形天线也存在平面尺寸比较大的问题。
方形贴片天线有使用分形手段小型化的方法，但是圆形分形的方法比较少。
发明内容
本发明旨在提供一种椭圆分形圆形贴片天线，以解决现有圆形贴片天线小型化的问题。
为此，本发明提出一种椭圆分形圆形贴片天线，所述的一种椭圆分形圆形贴片天线包括椭圆分形圆形贴片天线(1)、基底(2)、馈线(3)、地板(4)等。
本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的椭圆分形圆形贴片天线(1)根据分形几何理论，在参照半径为R(直径为Φ)完整的基本圆的边缘沿周向挖一个分形椭圆孔并且360度n单元圆周阵列，椭圆孔长半径a1＝R/n、短半径b1＝a1/n，分形迭代因子为1/n，n为大于2的自然数；本发明实例完整基本圆半径R取15mm(直径Φ＝30mm)，迭代因子1/n取1/3；理想一阶分形在基本圆圆周内侧相切一个长半径a1＝R/3、短半径b1＝a1/3的椭圆孔，并且椭圆孔长轴延长线通过基本圆圆心，然后360度3单元圆周阵列，3个一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点位于和基本圆同心的直径为Φc＝Φ/3的圆周上(Φ为基本圆直径)；理想二阶分形在一阶的基础上，沿基本圆周向与一阶分形椭圆两侧各相切一个长半径a2＝a1/3、短半径b2＝a2/3的椭圆孔，并且二阶椭圆孔长轴延长线也通过基本圆圆心，然后也360度3单元圆周阵列，6个二阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点也位于和基本圆同心的直径为Φc＝Φ/3的圆周上(Φ为基本圆直径)，以此类推可以有三阶、四阶…；实际应用中对理想一阶分形椭圆孔沿基本圆径向往外移动Δ、与基本圆相交切割，使半径为R的基本圆和一阶分形椭圆“破碎”且局部和整体自相似，3个一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点位于和基本圆同心的直径为Φc1＝Φ/3+2xΔ的圆周上(Φ为基本圆直径)；实际应用一阶分形椭圆孔两侧的二阶分形椭圆孔也沿径向往外侧移动Δ，同时向一阶分形椭圆孔内侧旋转使得二阶分形椭圆长轴和一阶分形椭圆长轴夹角为α，二阶分形椭圆孔与实际应用一阶分形椭圆孔相交切割，使实际应用的一阶分形椭圆孔和二阶分形椭圆孔也“破碎”且局部和整体自相似，一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点以及二阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点都位于和基本圆同心的直径为Φc1＝Φ/3+2xΔ的圆周上(Φ为基本圆直径)；以此类推可以有三阶、四阶……；本发明实例Δ＝0.11mm，α＝14.80°；椭圆分形圆形贴片天线(1)厚度为0.01mm，材料为金。
本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的基底(2)为边长为55mm正方形的厚度为1.5mm的二氧化硅，椭圆分形圆形贴片天线(1)位于基底(2)上表面中心。
本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的馈线(3)位于基底(2)上表面椭圆分形圆形贴片天线(1)的一个一阶椭圆分形椭圆孔的外侧，和椭圆分形圆形贴片天线(1)共面，采用共面耦合馈电方式，馈线(3)为一段直线的微带线和一段和圆弧形微带线连接而成，直线段微带线末端和圆弧段微带线圆弧中点相连，直线段微带线中心线、圆弧段微带线圆弧中点和基本圆圆心、一阶椭圆分形椭圆孔椭圆的长轴对齐，圆弧段微带线的圆弧和基本圆圆形贴片天线的圆同心，直线段微带线和圆弧段微带线线宽相等，经过仿真计算出微带线线宽和圆弧微带线半径、圆弧夹角；本发明实例馈线(3)厚度0.01mm，一阶椭圆分形圆形贴片天线馈线(3)线宽0.05mm，圆弧形微带线内侧半径为15.2mm，圆弧夹角为64°；二阶分形圆贴片天线馈线(3)线宽0.06mm，圆弧形微带线内侧半径为15.16mm，圆弧夹角为64.5°，馈线(3)材料为金。
本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的地板(4)为边长为55mm正方形的厚度为0.01mm的金，位于基底(2)下表面和基底(2)对齐。
本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其对比参照以金为材料，半径为R＝15mm厚度为0.01mm基本圆完整的圆形贴片天线采用相同的边长为55mm正方形的厚度为1.5mm的二氧化硅基底，地板是边长为55mm正方形的厚度0.01mm的金，基本圆圆形贴片天线位于基底上表面中心，地板位于基底下表面和基底对齐；馈电方式是共面耦合馈电，馈线位于基底上表面和圆形贴片天线共面，为直线微带线和圆弧形微带线连接而成，直线段微带线末端和圆弧段微带线圆弧中点相连，直线段微带线中心线、圆弧段微带线圆弧中点和基本圆圆形贴片天线圆心对齐，圆弧段微带线的圆弧和基本圆圆形贴片天线的圆同心，馈线厚度0.01mm，线宽为0.08mm，圆弧形微带线内侧半径为15.05mm，圆弧夹角为64.4°。
本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，实际应用的一阶椭圆分形圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.28GHZ，S11回波损耗为-16.869260db；二阶椭圆分形圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.10GHZ，S11回波损耗为-13.085143db；对比参照半径为R基本圆完整的圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.85GHZ，S11回波损耗为-17.280718db；一阶椭圆分形圆形贴片天线相对参照半径为R＝15mm基本圆完整的圆形贴片天线相当于有20.0％的尺寸缩减，二阶椭圆分形圆形贴片天线相对参照半径为R＝15mm基本圆完整的圆形贴片天线相当于有26.3％的尺寸缩减。
附图说明
图1：本发明具体实施方案二阶实际应用椭圆分形圆形贴片天线形状以及理想二阶椭圆分形圆形贴片天线形状示意图；
图2：本发明具体实施方案一阶实际应用椭圆分形圆形贴片天线形状以及理想一阶椭圆分形圆形贴片天线形状示意图；
图3：本发明具体实施方案理想三阶椭圆分形圆形贴片天线形状示意图；
图4：本发明具体实施方案二阶实际应用椭圆分形圆形贴片天线在HFSS仿真软件中三维模型以及S11参数仿真结果示意图；
图5：本发明具体实施方案一阶实际应用椭圆分形圆形贴片天线在HFSS仿真软件中三维模型以及S11参数仿真结果示意图；
图6：本发明具体实施方案本对比参照完整的半径为R＝15mm基本圆完整的圆形贴片天线在HFSS仿真软件中三维模型以及S11参数仿真结果示意图；
具体实施方式
如图1-图5所示：本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的椭圆分形圆形贴片天线(1)根据分形几何理论，在参照半径为R(直径为Φ)完整的基本圆的边缘沿周向挖一个分形椭圆孔并且360度n单元圆周阵列，椭圆孔长半径a1＝R/n、短半径b1＝a1/n，分形迭代因子为1/n，n为大于2的自然数；本发明实例完整基本圆半径R取15mm(直径Φ＝30mm)，迭代因子1/n取1/3；理想一阶分形在基本圆圆周内侧相切一个长半径a1＝R/3、短半径b1＝a1/3的椭圆孔，并且椭圆孔长轴延长线通过基本圆圆心，然后360度3单元圆周阵列，3个一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点位于和基本圆同心的直径为Φc＝Φ/3的圆周上(Φ为基本圆直径)；理想二阶分形在一阶的基础上，沿基本圆周向与一阶分形椭圆两侧各相切一个长半径a2＝a1/3、短半径b2＝a2/3的椭圆孔，并且二阶椭圆孔长轴延长线也通过基本圆圆心，然后也360度3单元圆周阵列，6个二阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点也位于和基本圆同心的直径为Φc＝Φ/3的圆周上(Φ为基本圆直径)，以此类推可以有三阶、四阶…；实际应用中对理想一阶分形椭圆孔沿基本圆径向往外移动Δ、与基本圆相交切割，使半径为R的基本圆和一阶分形椭圆“破碎”且局部和整体自相似，3个一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点位于和基本圆同心的直径为Φc1＝Φ/3+2xΔ的圆周上(Φ为基本圆直径)；实际应用一阶分形椭圆孔两侧的二阶分形椭圆孔也沿径向往外侧移动Δ，同时向一阶分形椭圆孔内侧旋转使得二阶分形椭圆长轴和一阶分形椭圆长轴夹角为α，二阶分形椭圆孔与实际应用一阶分形椭圆孔相交切割，使实际应用的一阶分形椭圆孔和二阶分形椭圆孔也“破碎”且局部和整体自相似，一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点以及二阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点都位于和基本圆同心的直径为Φc1＝Φ/3+2xΔ的圆周上(Φ为基本圆直径)；以此类推可以有三阶、四阶……；本发明实例Δ＝0.11mm，α＝14.80°；椭圆分形圆形贴片天线(1)厚度为0.01mm，材料为金。
如图4、图5所示：本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的基底(2)为边长为55mm正方形的厚度为1.5mm的二氧化硅，椭圆分形圆形贴片天线(1)位于基底(2)上表面中心。
如图4、图5所示：本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的馈线(3)位于基底(2)上表面椭圆分形圆形贴片天线(1)的一个一阶椭圆分形椭圆孔的外侧，和椭圆分形圆形贴片天线(1)共面，采用共面耦合馈电方式，馈线(3)为一段直线的微带线和一段和圆弧形微带线连接而成，直线段微带线末端和圆弧段微带线圆弧中点相连，直线段微带线中心线、圆弧段微带线圆弧中点和基本圆圆心、一阶椭圆分形椭圆孔椭圆的长轴对齐，圆弧段微带线的圆弧和基本圆圆形贴片天线的圆同心，直线段微带线和圆弧段微带线线宽相等，经过仿真计算出微带线线宽和圆弧微带线半径、圆弧夹角；本发明实例馈线(3)厚度0.01mm，一阶椭圆分形圆形贴片天线馈线(3)线宽0.05mm，圆弧形微带线内侧半径为15.2mm，圆弧夹角为64°；二阶分形圆贴片天线馈线(3)线宽0.06mm，圆弧形微带线内侧半径为15.16mm，圆弧夹角为64.5°，馈线(3)材料为金。
如图4、图5所示：本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其中所述的地板(4)为边长为55mm正方形的厚度为0.01mm的金，位于基底(2)下表面和基底(2)对齐。
如图6所示：本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，其对比参照以金为材料，半径为R＝15mm厚度为0.01mm基本圆完整的圆形贴片天线采用相同的边长为55mm正方形的厚度为1.5mm的二氧化硅基底，地板是边长为55mm正方形的厚度0.01mm的金，基本圆圆形贴片天线位于基底上表面中心，地板位于基底下表面和基底对齐；馈电方式是耦合馈电，馈线位于基底上表面和圆形贴片天线共面，为直线微带线和圆弧形微带线连接而成，直线段微带线末端和圆弧段微带线圆弧中点相连，直线段微带线中心线、圆弧段微带线圆弧中点和基本圆圆形贴片天线圆心对齐，圆弧段微带线的圆弧和基本圆圆形贴片天线的圆同心，馈线厚度0.01mm，线宽为0.08mm，圆弧形微带线内侧半径为15.05mm，圆弧夹角为64.4°。
如图4、图5所示：本发明的一种椭圆分形圆形贴片天线，实际应用的一阶椭圆分形圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.28GHZ，S11回波损耗为-16.869260db；二阶椭圆分形圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.10GHZ，S11回波损耗为-13.085143db；对比参照半径为R基本圆完整的圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.85GHZ，S11回波损耗为-17.280718db；一阶椭圆分形圆形贴片天线相对参照半径为R＝15mm基本圆完整的圆形贴片天线相当于有20.0％的尺寸缩减，二阶椭圆分形圆形贴片天线相对参照半径为R＝15mm基本圆完整的圆形贴片天线相当于有26.3％的尺寸缩减。
可以采用MEMS微机电系统的加工方式提高加工精度。

Claims (2)

1.一种椭圆分形圆形贴片天线，包括椭圆分形圆形贴片天线(1)、基底(2)、馈线(3)、地板(4)；其特征在于，所述的椭圆分形圆形贴片天线(1)根据分形几何理论，在参照半径为R(直径为Φ)完整的基本圆的边缘沿周向挖一个分形椭圆孔并且360度n单元圆周阵列，椭圆孔长半径a1＝R/n、短半径b1＝a1/n，分形迭代因子为1/n，n为大于2的自然数，本发明实例完整基本圆半径R取15mm(直径Φ＝30mm)，迭代因子1/n取1/3；理想一阶分形在基本圆圆周内侧相切一个长半径a1＝R/3、短半径b1＝a1/3的椭圆孔，并且椭圆孔长轴延长线通过基本圆圆心，然后360度3单元圆周阵列，3个一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点位于和基本圆同心的直径为Φc＝Φ/3的圆周上(Φ为基本圆直径)；理想二阶分形在一阶的基础上，沿基本圆周向与一阶分形椭圆两侧各相切一个长半径a2＝a1/3、短半径b2＝a2/3的椭圆孔，并且二阶椭圆孔长轴延长线也通过基本圆圆心，然后也360度3单元圆周阵列，6个二阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点也位于和基本圆同心的直径为Φc＝Φ/3的圆周上(Φ为基本圆直径)，以此类推可以有三阶、四阶…；实际应用中对理想一阶分形椭圆孔沿基本圆径向往外移动Δ、与基本圆相交切割，使半径为R的基本圆和一阶分形椭圆“破碎”且局部和整体自相似，3个一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点位于和基本圆同心的直径为Φc1＝Φ/3+2×Δ的圆周上(Φ为基本圆直径)；实际应用一阶分形椭圆孔两侧的二阶分形椭圆孔也沿径向往外侧移动Δ，同时向一阶分形椭圆孔内侧旋转使得二阶分形椭圆长轴和一阶分形椭圆长轴夹角为α，二阶分形椭圆孔与实际应用一阶分形椭圆孔相交切割，使实际应用的一阶分形椭圆孔和二阶分形椭圆孔也“破碎”且局部和整体自相似，一阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点以及二阶椭圆孔的椭圆长轴内侧的象限点都位于和基本圆同心的直径为Φc1＝Φ/3+2×Δ的圆周上(Φ为基本圆直径)；以此类推可以有三阶、四阶……；本发明实例Δ＝0.11mm，α＝14.80°；椭圆分形圆形贴片天线(1)厚度为0.01mm，材料为金。
2.根据权利要求1所述的一种椭圆分形圆形贴片天线，其特征在于此天线相对参照完整的基本圆圆形贴片天线具有缩减尺寸的效果，实际应用的一阶椭圆分形圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.28GHZ，S11回波损耗为-16.869260db；二阶椭圆分形圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.10GHZ，S11回波损耗为-13.085143db；对比参照半径为R基本圆完整的圆形贴片天线经过HFSS电磁场仿真软件仿真计算谐振于2.85GHZ，S11回波损耗为-17.280718db；一阶椭圆分形圆形贴片天线相对参照半径为R＝15mm基本圆完整的圆形贴片天线相当于有20.0％的尺寸缩减，二阶椭圆分形圆形贴片天线相对参照半径为R＝15mm基本圆完整的圆形贴片天线相当于有26.3％的尺寸缩减。
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