CN104269642B - 一款基于分形结构的宽带双频天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一款基于分形结构的宽带双频天线，属于无线通信技术领域。本发明的基于分形结构的宽带双频天线，由介质板(3)，印制在介质板(3)一面上且直接连通的辐射单元(2)和馈电单元(4)，以及印制在介质板(3)另一面上的接地单元(5)构成，其中：a.辐射单元(2)为经三次或三次以上迭代分形而形成的且为连通体的金属贴片，其上蚀刻有缝隙(1)；b.接地单元(5)为长方形的金属贴片。本发明的优点在于：1、具有多频工作、方向性好、驻波比小，并且实现了良好阻抗匹配；2、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、损耗低，满足平面设计的要求；3、制作成本低、精度高、可重复性好，适合于小型化设备使用，便于批量生产。
Description
技术领域：
本发明涉及一款基于分形结构的宽带双频天线，属于无线通信技术领域。
背景技术：
随着现代无线通信技术的发展，移动通信产品市场需求日益扩大，只有那些体积小，携带方便，高灵敏度，高稳定性的无线通信产品才能满足需求。因此作为重要射频前端器件的天线，小型化、内置化、多频段是移动终端天线的发展趋势。随着无线局域网(WLAN)，第三代移动通信(3G)，第四代移动通信(4G)等通信技术的飞速发展，多频段覆盖天线是天线发展最新的趋势。目前一般利用多谐振结构和采用宽带结构来实现多频段。然而，利用分形结构的自相似特性能够更有效的实现多频段。
由于分形结构本身的自相似性，分形结构中的不同部分具有相似的电特性，应用到天线设计中能够实现多频段。同时利用分形结构的空间填充特性，微带天线也能够实现小型化。因此，分形既是一种实现天线多频段的方法，也是一种实现天线小型化的方法。
本发明的基于分形结构的双频天线，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一款基于分形结构的宽带双频天线。
本发明的一款基于分形结构的宽带双频天线，由介质板(3)，印制在介质板(3)一面上且直接连通的辐射单元(2)和馈电单元(4)，以及印制在介质板(3)另一面上的接地单元(5)构成，其中：
a.辐射单元(2)为经三次或三次以上迭代分形而形成的且为连通体的金属贴片，其上蚀刻有缝隙(1)；
b.接地单元(5)为长方形的金属贴片。
所述辐射单元(2)的分形方法为：
a.将等边三角形等分为三个相同等腰三角形，分别对这三个等腰三角形挖去一个高为等腰三角形的1/2的一个等边三角形，从而形成了第一次迭代；
b.将每一个等腰三角的剩余部分分为三个相同等腰三角形，按照第一次迭代的方式进行分形，从而形成了第二次迭代；
c.对第二次分形后剩余的结构按上述b步骤的方法继续就形成第三次迭代。
以此类推，能得到四次及四次以上迭代次数的天线。本发明通过增加迭代次数来增加天线的频带的谐振频率点，且增加了带宽。
经三次迭代形成的辐射单元2，如图1所示。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、具有多频工作、方向性好、驻波比小，并且实现了良好阻抗匹配。
2、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、损耗低，满足平面设计的要求。
3、制作成本低、精度高、可重复性好，适合于小型化设备使用，便于批量生产。
附图说明：
图1为本发明的正视图结构示意图。
图2为本发明的后视图结构示意图。
图3为本发明中天线回波损耗的仿真和测试结果。
图4-a和图4-b分别为在2GHz时E面和H面仿真与测量的辐射方向图。
图5-a和图5-b分别为在2.5GHz时E面和H面仿真与测量的辐射方向图。
图6-a和图6-b分别为在5.3GHz时E面和H面仿真与测量的辐射方向图。
图7-a和图7-b分别为在6GHz时E面和H面仿真与测量的辐射方向图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明的一款基于分形结构的宽带双频天线，由介质板3，印制在介质板3一面上且直接连通的辐射单元2和馈电单元4，以及印制在介质板3另一面上的接地单元5构成，其中：
a.辐射单元2为经三次及三次以上迭代分形而形成的且为连通体的金属贴片，其上蚀刻有缝隙1；
b.接地单元5为长方形的金属贴片。
所述辐射单元2的分形方法为：
a.将等边三角形等分为三个相同等腰三角形，分别对这三个等腰三角形挖去一个高为等腰三角形的1/2的一个等边三角形，从而形成了第一次迭代；
b.将每一个等腰三角的剩余部分分为三个相同等腰三角形，按照第一次迭代的方式进行分形，从而形成了第二次迭代；
c.对第二次分形后剩余的结构按上述b步骤的方法继续就形成第三次迭代。
以此类推，能得到四次及四次以上迭代次数的天线。本发明通过增加迭代次数来增加天线的频带的谐振频率点，且增加了带宽。这里仅给出经三次迭代的实施实例。
经三次迭代形成的辐射单元2，如图1所示。
该天线使用FR-4介质板，其相对介电常数为4.4，介质损耗角正切为0.02，采用的微带馈线宽度为2.4mm，初始的三角形辐射片的边长为30mm。本发明的天线尺寸大小为31.5mm*30mm*1.6mm。
本发明通过增加迭代次数来增加天线的频带的谐振频率点，且增加了带宽。
本发明采用微带线进行馈电。仿真和测试的回波损耗如图3所示，在满足回波损耗小于-10dB的条件下，实现了2.4GHz和5.3GHz为中心频率的两个频带，工作频带为1.85GHz-3.2GHz和4.6GHz-6.0GHz。覆盖了UMTS(1920MHz-2170MHz)，WLAN(2400MHz-2485MHz，5150MHz-5825MHz)，LTE2300(2300MHz-2400MHz)和LTE2500(2570MHz-2620MHz)等多个通信工作频段，且能够实现良好的阻抗匹配。此外，本发明的天线具有紧凑型的结构，能够很容易的集成到UMTS/WLAN/LTE终端通信设备中。
Claims (2)
1.一款基于分形结构的宽带双频天线，其特征在于该宽带双频天线由介质板(3)，印制在介质板(3)一面上且直接连通的辐射单元(2)和馈电单元(4)，以及印制在介质板另一面上的接地单元(5)构成，其中：
a.辐射单元(2)为经三次或三次以上迭代分形而形成的且为连通体的金属贴片，其上蚀刻缝隙(1)；
b.接地单元(5)为长方形的金属贴片；
c.基于分形结构的双频天线辐射单元(2)的分形方法为：将等边三角形等分为三个相同等腰三角形，分别对这三个等腰三角形挖去一个高为等腰三角形的1/2的一个等边三角形，从而形成了第一次迭代；将每一个等腰三角的剩余部分分为三个相同等腰三角形，按照第一次迭代的方式进行分形，从而形成了第二次迭代；对第二次分形后剩余的结构按上述b步骤的方法继续就形成第三次迭代。
2.根据权利要求1所述的一款基于分形结构的宽带双频天线，其特征在于该天线使用FR-4介质板，其相对介电常数为4.4，介质损耗角正切为0.02，天线尺寸为31.5mm×30mm×1.6mm。
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| 《Compact Modified Sierpinski Fractal Monopole Antenna for Multiband wireless Applications》;N.Naresh Kumar等;《International Conference on Communication and Signal Processing》;20140405;第1264-1266页 * |
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