CN114094329B - 一种对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线，包括：上下依次设置的第一层辐射贴片、第二层基板、第三层天线接地板；其天线接地板和辐射贴片分别贴合在基板的上下两面上；所述辐射贴片包括对称式顶部Peano分形加载结构和微带线；所述天线采用微带线侧馈技术，其天线馈电点位于天线的辐射贴片下边沿且处于中心线上。所述的对称式顶部Peano分形加载结构采用2阶的Peano分形。所述的基板相对介电常数为2.2；其形状为矩形，长×宽×厚度为100mm×60mm×0.79mm。本发明天线结构紧凑，尺寸小薄，可以实现多频工作且辐射性能佳；便于大规模生产和安装。

Description

一种对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线
技术领域
本发明属于无线天线技术领域，涉及一种对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线。
背景技术
微带天线的概念在1953年就被德尚(G A DecampS)提出，之后芒森(RE.MunSon)和豪威尔(JQ.Howell)于上个世纪七十年代成功研制出最早的微带天线。微带天线在近些年来备受重视，集成电路的高速发展进一步带动了微带天线的研究。随着微带天线应用的范围越来越广泛，国内外许多学者和应用工程师对微带天线的研究也越加深入，特别是在天线的小型化、多频化、圆极化及宽带技术等方面取得了显著的成果。未来微带贴片天线的发展潮流仍然是向小型化、多频段以及宽频化，随着科技的不断进步，对于宽带多频的天线的需求依然是迫在眉睫。
微带天线最基本的形式是微带贴片天线，而根据导体贴片不同面积单元又可以分别分为微带振子天线，微带线性天线，微带行波天线以及微带缝隙天线。与普通天线相比，微带天线的优点是：第一，剖面更小且更加轻便小巧，可以与多种载体表面共性且不必破坏载体的布局。第二，由于集成电路工艺的成熟，微带天线便可以批量生产，成本低廉。第三，对于各种极化以及频段需求在很大程度上也能够得到实现。第四，同时可以根据不同的计划设计来调整自己所需要的最大辐射方向。第五，可以在双频以及多频条件下工作。传统的微带天线的尺寸一般是工作波长的一半，而随着波长的增加，频率会不断减小，从而出现当天线工作在较低频段时其尺寸过大的情况，这会导致该天线不能满足无线通信系统小型化、集成化的要求。因此如何实现微带天线小型化的同时，保持该天线的其他性能在一个比较好的范围内一直是一个热门课题。
将分形结构应用到天线设计中，不仅可以得到紧凑的天线结构，而且能较好地保持天线其他方面的性能，是目前改进天线结构的研究工作中的最优选择之一。分形天线主要可分为SierpinSki分形天线、Hibert分形天线、Peano分形天线、Koch分形天线以及MinkowSki分形天线。目前研究比较成熟的多频分形天线有基于Sierpinski分形的三角毯或者方形毯天线，现如今有大量的天线研究成果利用Sierpinski分形的多频特性，设计了能够直接应用在无线局域网的双频通信天线，设计阵列单元将多频特性应用到天线阵列当中。另外就是Hilber分形结构，它曲折多变的结构类型为分形天线提供了多频的可能性。分形技术具有高效的空间填充能力。就目前而言，分形技术还是很有潜力的，但同样有着如何实现匹配负载与天线的问题，现有的解决思路基本是对原有线天线的导体部分进行分形加载处理,利用分形结构的两大特性来实现天线尺寸的压缩，然后通过算法对结构进行优化或采用宽带匹配网络来解决此类问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种对称式顶部Peano分形加载L波段微带贴片单极子天线，其尺寸小而薄，可以实现多频工作且辐射性能佳；便于生产安装。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
本发明的一种对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线，包括：上下依次设置的第一层辐射贴片，第二层基板，第三层天线接地板；所述的天线接地板和辐射贴片分别贴合在基板的上下两面上；所述辐射贴片包括对称式顶部Peano分形加载结构和微带线；所述天线采用微带线侧馈技术，其天线馈电点位于天线的辐射贴片下边沿且处于中心线上。
进一步的，所述的对称式顶部Peano分形加载结构采用2阶的Peano分形。
进一步的，所述的对称式顶部Peano分形加载结构，采用金属材料，厚度0.2mm。
进一步的，所述的微带线，采用金属材料、厚度0.2mm，其长×宽为55mm×2.4mm。
进一步的，所述的基板采用材料为RogerS RT/duroid 5880(tm)，相对介电常数为2.2；其形状为矩形，长×宽为100mm×60mm，厚度为0.79mm。
进一步的，所述的天线接地板采用金属材料，尺寸为30mm×10mm,厚度为0.1mm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明的采用了对称式顶部Peano分形加载结构，同时使用了peano分形技术和单极子天线顶部加载技术。与普通顶部Peano分形加载的天线相比，在保证增益和带宽等性能变化不大的同时，尺寸减少了将近一半，大幅度减小了天线的尺寸，实现了天线的小型化。同时还具有四个工作频段，谐振频率处的回波损耗S11值分别为-14.15dB、-30.01dB、-19.71dB和-19.66dB，辐射性能良好。
2.本发明的采用了介电常数为2.2的RogerS RT/duroid 5880(tm)为制作材料的基板，基板的形状为矩形，尺寸是100mm×60mm，厚度为0.79mm，尺寸小，非常薄，具有低剖面特性，有便于安装、便于生产的特点，能够快速量产，并迅速投入使用，能够满足移动通信系统对天线的要求，同时也为天线的小型化提供了帮助。
3.本发明采用了微带线侧馈技术，天线馈电点位于天线的辐射贴片下边沿且处于中心线上。使用该技术后，天线输入阻抗的大小易于控制。同时，该技术制作简单，易于集成同时由于微带线与对称式顶部Peano分形加载结构在同一平面内，两者可以集成在一起印刷。
附图说明
图1为本发明的一种实施例的对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线的主视图。
图2为本发明的一种实施例的对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线的侧视图。
图3为本发明的一种实施例的回波损耗(S11)性能图。图4中的横坐标表示频率Frequency(GHz)，纵坐标表示回波损耗强度(dB)。
图4为本发明的一种实施例的H面方向图。坐标为极坐标。
图5为本发明的一种实施例的E面方向图。坐标为极坐标。
其中1为基板，2天线接地板，3为辐射贴片，4为对称式顶部Peano分形加载结构，5为微带线，辐射贴片包括了对称式顶部Peano分形加载结构和微带线。
具体实施方式
本发明的一种对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线，包括：天线接地板、辐射贴片、基板；所述天线整体为上下依次设置的三层结构，第一层为辐射贴片，第二层为基板，第三层为天线接地板。天线接地板和辐射贴片分别贴合在基板的两面上。所述辐射贴片包括对称式顶部Peano分形加载结构和微带线；所述天线采用微带线侧馈技术，天线馈电点位于天线的辐射贴片下边沿且处于中心线上。
所述天线接地板采用金属材料，尺寸为30mm×10mm,厚度为0.1mm。
所述辐射贴片包括对称式顶部Peano分形加载结构和微带线，采用金属材料，厚度为0.2mm。其中对称式顶部Peano分形加载结构采用2阶的Peano分形，微带线的尺寸为55mm×2.4mm。
所述基板采用的材料为RogerS RT/duroid 5880(tm)，相对介电常数为2.2，形状为矩形，尺寸是100mm×60mm，厚度为0.79mm。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，为本发明的一种实施例的对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线的主视图。其中1为基板，2天线接地板，3为辐射贴片，4为对称式顶部Peano分形加载结构，5为微带线，辐射贴片包括了对称式顶部Peano分形加载结构和微带线。
所述天线接地板天线接地板采用金属材料，尺寸为30mm×10mm,厚度为0.1mm。
所述辐射贴片包括对称式顶部Peano分形加载结构和微带线，采用金属材料，厚度为0.2mm。其中对称式顶部Peano分形加载结构采用2阶的Peano分形，微带线的尺寸为55mm×2.4mm。
所述基板采用的材料为RogerS RT/duroid 5880(tm)，相对介电常数为2.2，形状为矩形，尺寸是100mm×60mm，厚度为0.79mm。
所述天线采用微带线侧馈技术，天线馈电点位于天线的辐射贴片下边沿且处于中心线上。
如图2所示，本发明的一种实施例的对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线的侧视图。其中1为基板，2天线接地板，3为辐射贴片。
从天线的侧视图可以看出，所述天线整体为三层结构，第一层为辐射贴片，第二层为基板，第三层为天线接地板。天线接地板和辐射贴片分别贴合在基板的两面上。
如图3所示，图3给出了所述对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线的回波损耗(S11)性能图。从图3可以看出，实测结果显示该天线具有四个工作频段，四个谐振中心频率分别为1.22GHz、2.26GHz、3.28Ghz和3.83GHz，谐振频率处的回波损耗S11值(S11最小值)分别为-14.15dB、-30.01dB、-19.71dB和-19.66dB；当S11<-10dB时，天线在四个工作频段的带宽分别为0.07GHz(1.19～1.26GHz)、0.04GHz(2.24～2.28GHz)、0.19GHz(3.18～3.37GHz)和0.16GHz(3.75～3.91GHz)。可以看出，对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线在实现了大幅度的尺寸缩进的同时保持了良好的性能，可以同时在四个频段工作、带宽大、辐射特性良好。
如图4所示，图4给出了所述对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线的H面方向图，可以看出所述对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线在H面实现全方向性。
如图5所示，图5给出了所述对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线的E面方向图，可以看出所述对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线在E面的最大辐射方向基本上，依然是在0度和-180度出达到最大值，在90度和-90度处收敛，尽管收敛趋势相比较普通单极天线有了缩减，但总体形状依然保持良好。
与常规微带天线比较，本发明的尺寸小，厚度非常薄，可以实现多频工作并且辐射性能佳。本发明还拥有便于安装、便于生产的特点，能够快速量产，并迅速投入使用，能够满足移动通信系统对天线的要求。

Claims (1)

1.一种对称式顶部Peano分形加载的微带贴片天线，其特征在于，包括上下依次设置的第一层辐射贴片、第二层基板、第三层天线接地板；所述的天线接地板和辐射贴片分别贴合在基板的上下两面上；所述的辐射贴片包括对称式顶部Peano分形加载结构和微带线；所述的天线采用微带线侧馈技术，其天线馈电点位于天线的辐射贴片下边沿且处于中心线上；
所述的对称式顶部Peano分形加载结构采用2阶的Peano分形；
所述的对称式顶部Peano分形加载结构，采用金属材料，厚度0.2mm；
所述的微带线，采用金属材料、厚度0.2mm，其长×宽为55mm×2.4mm；
所述的基板采用材料为RogerS RT/duroid 5880(tm)，相对介电常数为2.2；其形状为矩形，长×宽为100mm×60mm，厚度为0.79mm；
所述的天线接地板采用金属材料，尺寸为30mm×10mm,厚度为0.1mm。
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