CN115020968B - 多频段渐变宽度分形环宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频段渐变宽度分形环宽带天线，包括介质基板、地板、馈线和主辐射贴片，所述的介质基板的背面设置有地板，所述的介质基板的正面设置有馈线和主辐射贴片；所述的主辐射贴片为采用圆环层叠的三阶分形结构，在所述的大圆环内加载交叉层叠形式的同尺寸的圆环，并在每个交叉层叠圆环内设计渐变宽度的小圆环。本发明采用交叉层叠和渐变宽度分形环设计辐射贴片并结合缺陷接地结构使得天线拥有超宽的工作带宽，且具有良好的辐射特性，适用于各种宽频带通信系统中。

Description

多频段渐变宽度分形环宽带天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种多频段渐变宽度分形环宽带天线。
背景技术
通信技术不断发展，频谱资源日益紧张，宽带技术有利于提高频谱利用率以及信号传输速率，已成为现代无线通信系统发展的必然趋势之一。天线的宽带技术，即天线可以稳定工作在一个较宽的频带内，并且维持一样的电磁辐射特性。自从超宽带频段免费开放民用以后，超宽带的研究热度也不曾减少，宽带和超宽带天线的研究数不胜数。
通信设备的多功能一体化急切需要多频段天线与其配合。多频段天线是指在有限的空间内合理利用一个或多个天线结构，形成可以覆盖多个频段并满足预期要求的天线系统。
可以预见的是，随着通讯设备朝着简便易携及多频段工作方向发展，小尺寸及宽带宽将会成为天线设计的趋势，更多更好的解决方案将会被开发出来。而分形理论是一种描述不规则以及离散化的数学理论，将其应用于电磁领域尤其是天线设计，利用附带的自相似性使天线的辐射特性呈周期性变化，及空间填充性能有效提高空间的利用率，增大天线的有效电尺寸，以及延长天线的表面电流路径从而缩小尺寸和拓展带宽。分形结构有很多样式，为设计新型天线提供了多种可能性，将会在未来应用中拥有巨大的潜力。
现有的微带线天线虽然能够实现多频段和宽带特性，但是由于现有的天线的结构过于单一，无法提供较宽的通频带，使得天线的性能无法达到最佳状态。另外，现有的技术中难以达到实现天线的小型化与集成化。
发明内容
本发明的目的是提供一种多频段渐变宽度分形环宽带天线，解决了现有天线存在的体积大、带宽窄的问题。
本发明所采用的技术方案是，多频段渐变宽度分形环宽带天线，包括介质基板，介质基板的一侧板面上设有主辐射贴片，主辐射贴片通过阻抗结构连接馈线；介质基板的另一侧板面上设有地板，地板上端设有接地结构。
本发明的特点还在于：
主辐射贴片包括外圆环，外圆环内嵌有四个交叉层叠连接的中间套环，每个中间套环内套接有内圆环。
四个所述中间套环两两相交设置，且四个中间套环存在一个共同的交叉点。
内圆环为宽度不均匀的渐变宽度圆环。
内圆环的内径R2与外径R1之间的关系为：
R2＝R1*τ (1)；
其中，τ是比例因子，τ＜1。
地板上的接地结构为五个大小相同的圆孔。
本发明的有益效果如下：
1.所设计的天线拥有较宽的的工作带宽；
2.天线尺寸紧凑，结构简单，便于加工；
3.实现了宽带和多频特性，市场前景良好。
附图说明
图1是本发明的多频段渐变宽度分形环宽带天线的正面结构示意图；
图2是本发明的多频段渐变宽度分形环宽带天线的背面结构示意图；
图3是本发明的多频段渐变宽度分形环宽带天线的回波损耗曲线图；
图4是本发明的多频段渐变宽度分形环宽带天线的峰值增益曲线图；
图5(a)～(e)是本发明的多频段渐变宽度分形环宽带天线在不同频率点的辐射方向图。
图中，1.介质基板，2.地板，3.阻抗结构，5.外圆环，6.中间套环，7.内圆环，8.馈线，9.圆孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明多频段渐变宽度分形环宽带天线如图1-2所示，包括介质基板1、地板2、主辐射贴片和馈线8，整体采用微带线馈电方式设计。其中，介质基板1采用介电常数为4.4，损耗角正切为0.02的FR4材料，表面形状为矩形，其边长为34mm，宽度为25mm，厚度为1.6mm。主辐射贴片包括外圆环5，外圆环5内嵌有四个交叉层叠连接的中间套环6，每个中间套环6内套接有内圆环7。主辐射贴片、馈线8和地板2均采用金属镀铜。介质基板1的背面的下部设置有地板2，地板2为矩形与半椭圆形的结合体，地板2中的矩形宽为23mm，高为6mm，椭圆的短半轴为4mm。地板2上设计接地结构，缺陷接地结构为5个大小相等的圆孔9，其中每个圆孔9的半径为0.9mm。
介质基板1的正面设置有馈线8和主辐射贴片，馈线8连接在主辐射贴片的下端。主辐射贴片采用三阶圆环迭代层叠的分形结构，即1个外圆环5内嵌四个交叉层叠连接的中间套环6，且在每一个交叉层叠的中间套环6内设计渐变宽度的外圆环7。其中，外圆环5的内外半径分别为10.6mm和11mm，厚度为0.4mm。4个交叉层叠的中间套环6分别内切在外圆环5的内壁上，且每相邻的两个中间套环6相差90度，每相差180度的中间套环6的圆心在同一条直线上，该直线同时也过外圆环5的圆心。交叉层中间套环6的内外半径分别为5.2mm和5.5mm，厚度为0.3mm。4个渐变宽度的外圆环远离外圆环5的圆心，且每个渐变宽度内圆环7的内径R2与外径R1之间的关系为：
R2＝R1*τ；
其中，τ是比例因子(τ＜1)。
外圆环5内圈的中心偏离圆心相对于外圈移动，将其层叠到二阶交叉层叠中间套环6的结构上，便会得到三阶结构。的渐变宽度外圆环7的外半径为3.5mm，比例因子τ＝0.8。
为了使天线获得更好的阻抗匹配效果，在馈线8与主辐射贴片(外圆环5)交接处加载了阻抗结构3，阻抗结构3的上端与大圆环5连接。其中阻抗结构3的上半部分高为3.25mm，宽为1.3mm，下半部分高8.25mm，宽为2.1mm。
本发明的特点可通过结果进一步说明：
图3为天线的回波损耗曲线图，回波损耗S11＜-10dB的工作频段为2.67-21.57GHz，相对带宽达到了155.9％，实现了宽带特性，适用于各种宽频带通信系统中。同时，天线工作频带涵盖了S、C、X、Ku以及部分K波段，实现了多频特性。
图4为天线的增益曲线图，天线在整体的工作频段内增益较稳定，基本符合超宽带天线的辐射要求。
图5(a)～(e)分别为频率为3.5GHz、4.5GHz、7.5GHz、11.5GHz、14.5GHz的天线辐射方向图，其包括水平方向图E面和垂直方向图H面。可以看出，天线在低频时的E面辐射方向图为近似“8”字形，H面基本为圆形，能够全向辐射且辐射特性良好，在中高频时，天线的E面辐射图发生畸变，H面的辐射场强有所减弱。虽然随着频率的增高，天线的远场辐射方向图形状会发生一定程度的变形和退化，但仍满足宽带天线的通信要求，由辐射图可以看出天线为全向型天线，可应用于短距离通信等大多数应用场景。

Claims (1)

1.多频段渐变宽度分形环宽带天线，其特征在于：包括介质基板(1)，介质基板(1)的一侧板面上设有主辐射贴片，主辐射贴片通过阻抗结构连接馈线(8)；介质基板(1)的另一侧板面上设有地板(2)，地板(2)上端设有接地结构；
所述主辐射贴片包括外圆环(5)，外圆环(5)内嵌有四个交叉层叠连接的中间套环(6)，每个中间套环(6)内套接有内圆环(7)；
四个所述中间套环(6)两两相交设置，且四个中间套环(6)存在一个共同的交叉点；
所述内圆环(7)为宽度不均匀的渐变宽度圆环；
所述内圆环(7)的内径R2与外径R1之间的关系为：
R2＝R1*τ (1)；
其中，τ是比例因子，τ<1；
所述地板(2)上的接地结构为五个大小相同的圆孔(9)。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101161262B1 (ko) * 2011-11-28 2012-07-02 삼성탈레스 주식회사 적층형 다중 대역 안테나 장치
CN202695719U (zh) * 2012-08-16 2013-01-23 电子科技大学 一种无线通信用时间反演亚波长阵列天线
CN104466378A (zh) * 2014-12-01 2015-03-25 董健 一种可控三陷波超宽带天线
CN205069864U (zh) * 2015-10-27 2016-03-02 南开大学 一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线
CN208478560U (zh) * 2018-07-13 2019-02-05 重庆三峡学院 球框状微带天线和通讯装置
CN110048228A (zh) * 2019-05-21 2019-07-23 辽宁工程技术大学 一种类Sierpinski分形超宽带天线
CN210137009U (zh) * 2019-08-28 2020-03-10 广西师范大学 一种高选择性三陷波超宽带分形天线
WO2021087899A1 (zh) * 2019-11-07 2021-05-14 华为技术有限公司 全向双极化天线和通信设备
CN112993555A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 天津大学 一种类Sierpinski分形超宽带天线及其设计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8390516B2 (en) * 2009-11-23 2013-03-05 Harris Corporation Planar communications antenna having an epicyclic structure and isotropic radiation, and associated methods

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101161262B1 (ko) * 2011-11-28 2012-07-02 삼성탈레스 주식회사 적층형 다중 대역 안테나 장치
CN202695719U (zh) * 2012-08-16 2013-01-23 电子科技大学 一种无线通信用时间反演亚波长阵列天线
CN104466378A (zh) * 2014-12-01 2015-03-25 董健 一种可控三陷波超宽带天线
CN205069864U (zh) * 2015-10-27 2016-03-02 南开大学 一种基于缺陷地结构外框为不规则椭圆环状的三频微带天线
CN208478560U (zh) * 2018-07-13 2019-02-05 重庆三峡学院 球框状微带天线和通讯装置
CN110048228A (zh) * 2019-05-21 2019-07-23 辽宁工程技术大学 一种类Sierpinski分形超宽带天线
CN210137009U (zh) * 2019-08-28 2020-03-10 广西师范大学 一种高选择性三陷波超宽带分形天线
WO2021087899A1 (zh) * 2019-11-07 2021-05-14 华为技术有限公司 全向双极化天线和通信设备
CN112993555A (zh) * 2019-12-13 2021-06-18 天津大学 一种类Sierpinski分形超宽带天线及其设计方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An Ultra-wideband Fractal Antenna with Circular Rings Based on Coplanar Waveguide;Ren Yuan Liu 等;《2021 Photonics & Electromagnetics Research Symposium (PIERS)》;20220203;全文 *
Investigation and design of an ultra–wideband fractal ring antenna for notch applications;Maryam Rahimi等;《MICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS》;第1629-1634页 *
Investigation of the Electrodynamic Characteristics of Fractal Double-ring Antenna;Т. А. Tsaliev等;《2017 International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT)》;第242-245页 *
仿铜钱草结构多频带天线设计;冉小英;于臻;徐幸秋;;实验室研究与探索;20200425(04);全文 *
基于分形结构的超宽带天线研究;李顺;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（信息科技辑）》;I136-59 *

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