CN105048076A - 一款新型分形平面超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
一款新型分形平面超宽带天线，属于无线通信技术领域。本发明的新型分形平面超宽带天线由介质板（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（6）构成；其中：a.辐射单元（2）为经过两次或两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（6）为梯形的金属贴片，在其上底边缘的中心位置刻有一长方形槽（5）。本发明的优点在于：1、具有超宽带、方向性好、驻波比小、能够实现很好的阻抗匹配。2、体积小、重量轻、剖面低、成本低、易加工、易于线路集成。3、制作成本较低且精度很高，还具有可重复性，适合于小型化设备使用，便于批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及新型分形超宽带天线，属于无线通信技术领域。
背景技术
随着无线通信领域的高速发展，终端通信设备的小型化成为一种趋势。平面天线的一个典型特征就是尺寸小、剖面低、重量轻、体积小，故小型化的平面天线能够方便应用于移动终端。
天线作为无线通信系统发射和接收的部件，不仅要求天线具有小型化，而且要求多频段和宽频带的特性。结合分形结构具有的自相似和空间填充性特性，应用到天线设计中，可使天线实现多频和小型化，同时对分形结构进行调整使多个谐振点相互靠近进而实现宽频带。
超宽带(Ultra-wideband，UWB)技术是一种新型短距离高速率无线通信技术。多年以来，这项技术一直在军事领域中使用。UWB在民用领域开放后，有望凭借其超高的传输速率和低功率、低成本等优势给短距离无线接人市场注入新的活力。应用于无线通信领域的UWB是一种低功率的无线电技术。2002年，联邦通信委员会(FCC)发布了一个带宽标准为7.5GHz，覆盖的频率范围为3.1GHz-10.6GHz的超宽带无线通信频段。与其他传统的无线通信技术相比较，UWB的优点主要有传输速率高、通信距离短、平均发射功率低、隐蔽性好，不易被截获，保密性高、多径分辨率极高、适合于便携型应用等。传统的UWB技术使用基带传输，无需进行射频调制和解调，使得UWB设备功耗小，成本低，灵活性高，适合于便携型无线应用。
本发明的基于分形结构的新型平面超宽带天线，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的不足，提供一款新型分形平面超宽带天线。
本发明的新型分形平面超宽带天线，由介质板（3），印制在介质板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（6）构成，其中：
1)辐射单元（2）为经过两次或两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）；
2)辐射单元（2）迭代分形的方法为：
a.将正方形辐射片的四个角分别切去一个角度为90度的扇形，且扇形的半径为正方形辐射片的三分之一，这样就形成了分形结构的第一次迭代；
b.对第一次分形后剩余的部分可以划分出5个正方形，每个小正方形的面积为分形前整个正方形的辐射片面积的九分之一，对每个小正方形的四个角分别切去一个角度为90度的扇形，且扇形的半径是小正方形边长的三分之一，从而就形成了分形结构的第二次迭代；
3)接地单元（6）为梯形的金属贴片，在其上底边缘的中心位置刻有一长方形槽（5）。
以此类推，能得到三次及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谐振频率点，且增加了带宽。
经二次迭代形成的辐射单元(2)，如图1所示。
本发明与现有的技术相比，具有如下优点：
a.体积小、重量轻、剖面低、成本低、易加工、易于线路集成;
b.制作成本较低且精度很高，还具有可重复性，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为在3GHz时E面仿真与测量的辐射方向图。
图5为在3GHz时H面仿真与测量的辐射方向图。
图6为在5.5GHz时E面仿真与测量的辐射方向图。
图7为在5.5GHz时H面仿真与测量的辐射方向图。
图8为在7.5GHz时E面仿真与测量的辐射方向图。
图9为在7.5GHz时H面仿真与测量的辐射方向图。
图10为在9.5GHz时E面面仿真与测量的辐射方向图。
图11为在9.5GHz时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。
本发明的一款新型分形平面超宽带天线，由介质板（3），印制在介质板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（6）构成，其中：
1）辐射单元（2）为经过两次或两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）；
2）辐射单元（2）迭代分形的方法为：
a.将正方形辐射片的四个角分别切去一个角度为90度的扇形，且扇形的半径为正方形辐射片的三分之一，这样就形成了分形结构的第一次迭代；
b.对第一次分形后剩余的部分可以划分出5个正方形，每个小正方形的面积为分形前整个正方形的辐射片面积的九分之一，对每个小正方形的四个角分别切去一个角度为90度的扇形，且扇形的半径是小正方形边长的三分之一，从而就形成了分形结构的第二次迭代；
3）接地单元（6）为梯形的金属贴片，在其上底边缘的中心位置刻有一长方形槽（5）。
以此类推，能得到三次及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谐振频率点，且增加了带宽。这里仅给出二次迭代的实施实例。
经两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，采用微带线进行馈电，分形前的正方形辐射片的边长为27mm。本发明的天线尺寸大小为39mm*27mm*1.6mm。
本发明通过增加迭代次数来增加天线频带的谐振频率点，不断增加带宽。
本发明采用微带线进行馈电。对比如图3所示的仿真和测试结果，可得设计的新型分形平面超宽带天线S11小于-10dB的频段为2.6-10.8GHz。天线的H面方向图近似为圆形；在2.6-10.8GHz内峰值增益在2.5到6.8dBi之间。因此，设计的分形天线可用于UWB通信设备中。
Claims (2)
1.一款新型分形平面超宽带天线，其特征在于该新型分形平面超宽带天线由介质板（3），印制在介质板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的接地单元（6）构成，其中：
a.辐射单元（2）为经过两次或两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（6）为梯形的金属贴片，在其上底边缘的中心位置刻有一长方形槽（5）。
2.权利要求1所述的新型分形平面超宽带天线的分形方法，其特征在于该超宽带天线中的辐射单元（2）的分形方法是：
a.将正方形辐射片的四个角分别切去一个角度为90度的扇形，且扇形的半径为正方形辐射片的三分之一，这样就形成了分形结构的第一次迭代；
b.对第一次分形后剩余的部分可以划分出5个正方形，每个小正方形的面积为分形前整个正方形的辐射片面积的九分之一，对每个小正方形的四个角分别切去一个角度为90度的扇形，且扇形的半径是小正方形边长的三分之一，从而就形成了分形结构的第二次迭代；
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。
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2015
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