一款分形超寬帶天線的制作方法
【專利摘要】一款分形超寬帶天線，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明的分形超寬帶天線由介質(zhì)板(3)，印制在介質(zhì)板(3)一面上且直接連通的輻射單元2和饋電單元4，以及印制在介質(zhì)板另一面上的接地單元(6)構(gòu)成；其中：a.輻射單元(2)為經(jīng)兩次或兩次以上迭代分形而形成的且為連通體的金屬貼片，其上蝕刻有縫隙(1)；b.接地單元(6)為梯形的金屬貼片，在其上底邊緣的中心位置蝕刻有一長方形槽(5)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、具有超寬帶、多頻工作、方向性好、駐波比小，并且實(shí)現(xiàn)了良好阻抗匹配的優(yōu)點(diǎn)。2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、損耗低，滿足平面設(shè)計(jì)的要求；3、制作成本低、精度高、可重復(fù)性好，適合于小型化設(shè)備使用，便于批量生產(chǎn)。
【專利說明】一款分形超寬帶天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及一款分形超寬帶天線，屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
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[0002]超寬帶(Ultra-wideband，UffB)技術(shù)是目前備受關(guān)注的一種新型短距離高速率無線通信技術(shù)。2002年，聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)發(fā)布了一個(gè)帶寬標(biāo)準(zhǔn)為7.5GHz的超寬帶無線通信頻段，覆蓋的頻率范圍為3.lGHz-10.6GHz，在工業(yè)和學(xué)術(shù)方面，超寬帶無線電技術(shù)已經(jīng)投入大量的研究工作。與其他傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比較，UWB的技術(shù)特點(diǎn)主要有傳輸速率高、通信距離短、平均發(fā)射功率低、隱蔽性好，不易被截獲，保密性高、多徑分辨率極高、適合于便攜型應(yīng)用等。傳統(tǒng)的UWB技術(shù)使用基帶傳輸，無需進(jìn)行射頻調(diào)制和解調(diào)，使得UWB設(shè)備功耗小，成本低，靈活性高，適合于便攜型無線應(yīng)用。
[0003]天線應(yīng)用分形技術(shù)是一種更有效拓展帶寬和減小尺寸的方法，也是一種有效實(shí)現(xiàn)超寬帶的方法。由于分形結(jié)構(gòu)具有自相似的特性，分形天線表現(xiàn)出多頻的特性，通過調(diào)節(jié)分形結(jié)構(gòu)中的參數(shù)，將多頻的各個(gè)諧振點(diǎn)相互拉近，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)天線的寬帶特性。其次，由于分形結(jié)構(gòu)具有空間填充特性，使得微帶天線具有小型化的特性。分形結(jié)構(gòu)擴(kuò)展頻帶源于形成分形圖形的空間填充性和自相似性。經(jīng)過分形后，圖形會(huì)包含一些細(xì)小的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了連續(xù)的諧振，形成了較寬的頻帶。增加迭代次數(shù)，進(jìn)而達(dá)到超寬帶的要求。因此，分形天線技術(shù)極大促進(jìn)了超寬帶天線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明的基于分形結(jié)構(gòu)的超寬帶天線，經(jīng)文獻(xiàn)檢索，未見與本發(fā)明相同的公開報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一款分形超寬帶天線。
[0006]本發(fā)明的分形超寬帶天線，由介質(zhì)板(3)，印制在介質(zhì)板一面上且直接連通的輻射單元(2)和饋電單元(4)，以及印制在介質(zhì)板另一面上的接地單元(6)構(gòu)成，其中:
[0007]a.輻射單元(2)為經(jīng)兩次或兩次以上迭代分形而形成的且為連通體的金屬貼片，其上蝕刻有縫隙⑴；
[0008]b.接地單元(6)為梯形的金屬貼片，在其上底邊緣的中心位置蝕刻有一長方形槽
(5)。
[0009]所述輻射單元2的分形方法為:
[0010]a.將半徑為R的圓分成六個(gè)角度為60°的扇形,首先對(duì)每一個(gè)扇形切除一個(gè)半徑為R/2，角度為60°的小扇形，然后對(duì)剩余的六個(gè)相同結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行圖形擴(kuò)充，擴(kuò)充部分是以半徑為R的60°扇形的弦為直徑的半圓弧與剩余部分包圍而成，從而形成了第一次迭代；
[0011]b.對(duì)第一次迭代后的結(jié)構(gòu)中的六個(gè)半圓結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行三等分，按照第一次迭代的方式進(jìn)行切除和擴(kuò)充，切除部分是半徑為R/4，角度為60°的扇形，擴(kuò)充部分是以半徑為R/2的60°扇形的弦為直徑的半圓弧與剩余部分包圍而成，從而形成了第二次迭代。
[0012]以此類推，能得到三次及以上迭代次數(shù)的天線。本發(fā)明通過增加迭代次數(shù)來增加天線的諧振頻率點(diǎn)，且增加了帶寬。
[0013]經(jīng)二次迭代形成的輻射單元2，如圖1所示。
[0014]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、具有超寬帶、多頻工作、方向性好、駐波比小，并且實(shí)現(xiàn)了良好阻抗匹配的優(yōu)點(diǎn)。
[0016]2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、損耗低，滿足平面設(shè)計(jì)的要求。
[0017]3、制作成本低、精度高、可重復(fù)性好，適合于小型化設(shè)備使用，便于批量生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0018]圖1為本發(fā)明的正視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的后視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明中天線回波損耗的仿真和測(cè)試結(jié)果。
[0021]圖4-a和圖4-b分別為在2.5GHz時(shí)E面和H面仿真與測(cè)量的輻射方向圖。
[0022]圖5-a和圖5-b分別為在6.5GHz時(shí)E面和H面仿真與測(cè)量的輻射方向圖。
[0023]圖6-a和圖6-b分別為在9.75GHz時(shí)E面和H面仿真與測(cè)量的輻射方向圖。

【具體實(shí)施方式】
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[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0025]本發(fā)明的一款分形超寬帶天線，由介質(zhì)板3，印制在介質(zhì)板一面上且直接連通的輻射單元2和饋電單元4，以及印制在介質(zhì)板另一面上的接地單元6構(gòu)成，其中:
[0026]a.輻射單元2為經(jīng)兩次或兩次以上迭代分形而形成的且為連通體的金屬貼片，其上蝕刻縫隙I ;
[0027]b.接地單元6為梯形的金屬貼片，在其上底邊緣的中心位置蝕刻有一長方形槽5。
[0028]所述輻射單元2的分形方法為:
[0029]a.將半徑為R的圓分成六個(gè)角度為60°的扇形,首先對(duì)每一個(gè)扇形切除一個(gè)半徑為R/2，角度為60°的小扇形，然后對(duì)剩余的六個(gè)相同結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行圖形擴(kuò)充，擴(kuò)充部分是以半徑為R的60°扇形的弦為直徑的半圓弧與剩余部分包圍而成，從而形成了第一次迭代；
[0030]b.對(duì)第一次迭代后的結(jié)構(gòu)中的六個(gè)半圓結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行三等分，按照第一次迭代的方式進(jìn)行切除和擴(kuò)充，切除部分是半徑為R/4，角度為60°的扇形，擴(kuò)充部分是以半徑為R/2的60°扇形的弦為直徑的半圓弧與剩余部分包圍而成，從而形成了第二次迭代。
[0031]以此類推，能得到三次及以上迭代次數(shù)的天線。本發(fā)明通過增加迭代次數(shù)來增加天線的諧振頻率點(diǎn)，且增加了帶寬。這里僅給出經(jīng)二次迭代的實(shí)施實(shí)例。
[0032]經(jīng)兩次迭代形成的輻射單元2，如圖1所示。
[0033]該天線使用FR-4介質(zhì)板，其相對(duì)介電常數(shù)為4.4，介質(zhì)損耗角正切為0.02，采用漸變性的微帶線進(jìn)行饋電，初始的圓形輻射片的半徑R為10_。本發(fā)明的天線尺寸大小為40mm*30mm*l.6mm0
[0034]本發(fā)明通過增加迭代次數(shù)來增加天線的頻帶的諧振頻率點(diǎn)，不斷增加帶寬。
[0035]本發(fā)明采用微帶線進(jìn)行饋電。仿真和測(cè)試的回波損耗如圖3所示，在滿足回波損耗小于-1OdB的條件下，實(shí)現(xiàn)2.7GHz,4.8GHz、7.9GHz、9.4GHz的四個(gè)諧振頻率，工作頻帶為
2.2GHz-10.2GHzο不僅覆蓋了超寬帶頻段中的3.lGHz-10.2GHz，而且還覆蓋了 TD-SCDMA中的 2300MHz-2400MHz 頻段、WCDMA 中的 2130MHz_2135MHz 頻段、LTE 中的 2300MHz_2400MHz和 2570MHz-2620MHz 頻段、WLAN(2400MHz_2485MHz，及 5150MHz_5825MHz)多個(gè)通信工作頻段，且能夠?qū)崿F(xiàn)良好的阻抗匹配。此外，本發(fā)明的天線具有緊湊型的結(jié)構(gòu)，能夠很容易的集成到UWB設(shè)備中。
【權(quán)利要求】
1.一款分形超寬帶天線，其特征在于該分形超寬帶天線由介質(zhì)板(3)，印制在介質(zhì)板一面上且直接連通的輻射單元(2)和饋電單元(4)，以及印制在介質(zhì)板另一面上的接地單元(6)構(gòu)成，其中: a.輻射單元(2)為經(jīng)兩次或兩次以上迭代分形而形成的且為連通體的金屬貼片，其上蝕刻縫隙⑴； b.接地單元(6)為梯形的金屬貼片，在其上底邊緣的中心位置蝕刻有一長方形槽(5)。
2.權(quán)利要求1所述的分形超寬帶天線，其特征在于所述輻射單元(2)迭代分形的方法為: a.將半徑為R的圓分成六個(gè)角度為60°的扇形,首先對(duì)每一個(gè)扇形切除一個(gè)半徑為R/2，角度為60°的小扇形，然后對(duì)剩余的六個(gè)相同結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行圖形擴(kuò)充，擴(kuò)充的部分是以半徑為R的60°扇形的弦為直徑的半圓弧與剩余部分包圍而成，從而形成了第一次迭代； b.對(duì)第一次迭代后的結(jié)構(gòu)中的六個(gè)半圓結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行三等分，按照第一次迭代的方式進(jìn)行切除和擴(kuò)充，切除的單元是半徑為R/4，角度為60°的扇形，擴(kuò)充的部分是以半徑為R/2的60°扇形的弦為直徑的半圓弧與剩余部分包圍而成，從而形成了第二次迭代。
【文檔編號(hào)】H01Q1/38GK104282992SQ201410586712
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】申東婭, 汪忠雙, 張秀普, 王海明 申請(qǐng)人:云南大學(xué)