一种小型化超宽带圆极化分形天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种小型化超宽带圆极化分形天线，主要解决现有技术所无法兼顾天线同时实现圆极化、超宽带和小型化的问题，其包括传输线导体、辐射单元、馈线和天线底板，传输线导体采用金属方管结构，并且在金属方管中打圆柱形通孔。辐射单元采用传统振子和分形Koch振子相结合的方式，辐射振子的金属线宽度为：6mm≤W≤8mm，并以σ关系交替地焊接在集合线的两根金属方管上。本发明天线尺寸为4cm×4cm×5cm，能够实现2-6GHz超宽带的阻抗匹配，且圆极化性能良好，在对天线尺寸有苛刻要求的环境中有着极好的应用前景。
【专利说明】一种小型化超宽带圆极化分形天线
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种小型化超宽带圆极化分形天线。
【背景技术】
[0002] 传统的圆极化天线形式有十字交叉阵子天线，微带天线，四臂螺旋天线等，这些天 线多为窄带工作，比如十字交叉阵子天线的带宽约为15%，许多研究者就如何展宽微带天 线圆极化带宽进行了尝试，比如对贴片加载电阻、电容、积分电路等技术，此外，人工合成材 料、有机磁性材料、高温超导等新材料用作介质基片可以有很大改善，但这些等伴随着高损 耗和高成本为代价的缺点，且最大实现的带宽约为2 : 1。四臂螺旋天线可以实现较宽的宽 带，但其体积较大且增益较低，因而应用受到一定的限制。
【发明内容】
[0003] 为解决上述现有的缺点，本发明的主要目的在于提供一种实用的小型化超宽带圆 极化分形天线，采用对数周期形式，实现了超宽带的特性，一长一短的交叉振子即可实现圆 极化波，避开了复杂的功分移相器，同时由于两个支架的距离是渐变的，简易地实现了天线 宽带的平衡馈电和阻抗变换。此外，天线运用分形的理念，低频振子采用分形Koch的形式， 大大减小了天线的尺寸。
[0004] 为达成以上所述的目的，本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线采取如下技 术方案：
[0005] -种小型化超宽带圆极化分形天线，包括传输线导体、辐射单元、馈线和天线底 板，其特征在于，所述馈线上设置天线底板和至少一个的传输线导体，所述传输线导体上设 置至少一个的辐射单元，所述辐射单元在每个焊接处都是成对出现，并交叉90°焊接。 [0006] 所述辐射单元采用传统振子和分形Koch振子相结合的方式，辐射单元金属 线宽为W，并以〇关系交替地焊接在集合线的两根金属方管上，0.06彡〇彡0.22， 6mm Koch振子的折角不等，30° < Θ <60° ,七对福射单元的尺寸比例为τ， 0· 8 彡 τ 彡 〇· 97。
[0007] 所述馈线采用同轴线馈电，同轴电缆穿过一个传输线导体在顶部进行馈电。
[0008] 所述传输线导体采用金属方管结构，在方管结构的中心设置圆柱形通孔，同轴线 缆穿过金属方管至天线顶端，外皮焊接到方管上，芯线在天线顶端焊接到另一个传输线导 体上，进行馈电。
[0009] 所述天线底板采用圆形底板，并焊接至同轴线外皮。
[0010] 所述两根传输线导体按照一定张角并行排列从而实现阻抗匹配，两根传输线导体 的张角为Θ，5°彡Θ彡15°。
[0011] 采用如上技术方案的本发明，具有如下特性：
[0012] 采用对数周期形式，实现了超宽带的特性，一长一短的交叉振子即可实现圆极化 波，避开了复杂的功分移相器，同时由于两个支架的距离是渐变的，简易地实现了天线宽带 的平衡馈电和阻抗变换。此外，天线运用分形的理念，低频振子采用分形Koch的形式，大大 减小了天线的尺寸。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的结构示意主视图。
[0014] 图2为本发明的结构示意侧视图。
[0015] 图3为本发明的天线驻波比实测图。
[0016] 图4为本发明的天线间隔频点的实测方向图。
[0017] 图5为本发明的天线间隔频点的轴比实测图。
【具体实施方式】
[0018] 为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
[0019] 如图1、2所示，本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线，包括传输线导体1、 辐射单元2、馈线3和天线底板4,馈线3上设置天线底板4和至少一个的传输线导体1， 传输线导体1上设置至少一个的辐射单元2,辐射单元2在每个焊接处都是成对出现，并 交叉90°焊接。辐射单元2采用传统振子和分形Koch振子相结合的方式，辐射单元2 金属线宽为W，并以 〇关系交替地焊接在集合线的两根金属方管上，0.06S 〇 <0.22， 6mm 8mm，Koch振子的折角不等，30° < Θ <60° ,七对福射单元2的尺寸比例为 τ，0.8< τ <0.97。馈线3采用同轴线馈电，同轴电缆穿过一个传输线导体1在顶部进 行馈电5。传输线导体1采用金属方管结构，在方管结构的中心设置圆柱形通孔，同轴线缆 穿过金属方管至天线顶端，外皮焊接到方管上，芯线在天线顶端焊接到另一个传输线导体1 上，进行馈电5。天线底板4采用圆形底板，并焊接至同轴线外皮。两根传输线导体1按照 一定张角并行排列从而实现阻抗匹配，两根传输线导体的张角为θ，5° < Θ <15°。
[0020] 本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线，传输线导体1为金属方管结构，方 管直径为2mm，内打直径为1.3mm的通孔。七对福射单元2的尺寸比例为τ = 0.895,福射 单元2之间的距离按照〇 =0.15关系交替地焊接在集合线的两根金属方管上，辐射单元 的线宽W取为0. 6mm，辐射单元的Koch折角分别为44°、32°、60°、58°。
[0021] 为了实现平衡馈电和阻抗匹配，让铜轴电缆从其中的一根金属方管通孔中穿入到 顶部进行馈电，将同轴电缆外皮焊在该金属管上，将同轴电缆芯线在顶部引出来焊到另一 根金属方管上，然后将两根金属方管以12°夹角并排，从而保证了天线在所需频段的阻抗 匹配。为了获得更好更为对称的方向图，天线底板4采用圆形的底板，厚度为1. 5_，直径取 为30mm，距离最下方振子18mm处与同轴线的外皮相焊接，这样也加固了整个天线。
[0022] 本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线，传输线导体1为金属方管结构，方 管直径为2. 5_，内打直径为1. 3mm的通孔。七对福射单元2的尺寸比例为τ = 〇. 8,福射 单元2之间的距离按照〇 =0.18比例关系交替地焊接在集合线的两根金属方管上，辐射 单元的线宽1取为0.6111111，辐射单元的1(〇(*折角分别为48°、32°、58°、60°。为了实现 平衡馈电和阻抗匹配，让铜轴电缆从其中的一根方管空中穿入到顶部的馈电点，将同轴电 缆外皮焊在该金属管上，将同轴线缆芯线在顶部引出来焊到另一根金属方管上，然后将两 根金属方管以13°夹角并排，从而保证了天线在所需频段的阻抗匹配。为了获得更好更为 对称的方向图，天线底板4采用圆形的底板，厚度为1. 5mm，直径取为30mm，距离最下方振子 18mm处与同轴线的外皮相焊接，这样也加固了整个天线。
[0023] 本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线，传输线导体1为金属方管结构，方 管直径为2_，内打直径为1. 5mm的通孔。七对福射单元2的尺寸为τ = 〇. 85,福射单元 2之间的距离按照〇 =0.18比例关系交替地焊接在集合线的两根金属方管上，辐射单元2 的线宽1取为0.8111111，辐射单元2的1(〇(*折角分别为45°、30°、60°、58°。为了实现平 衡馈电和阻抗匹配，让铜轴电缆从其中的一根方管空中穿入到顶部的馈电点，将同轴线外 皮焊在该金属管上，将同轴线缆芯线在顶部引出来焊到另一根金属方管上，然后将两根金 属方管以10°夹角并排，从而保证了天线在所需频段的阻抗匹配。为了获得更好更为对称 的方向图，天线底板4采用圆形的底板，厚度为1. 5mm，直径取为35mm，距离最下方振子18mm 处与同轴线的外皮相焊接，这样也加固了整个天线。
[0024] 如图3所示，本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线，天线工作频段为 2GHz?6GHz，在微波暗室用安捷伦8753ES测试其驻波比，实测结果如图3所示。从图3可 以看出，本发明天线在整个频段内的驻波比：VSWRS 3 : 1。
[0025] 如图4,本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线，在Airlink3D微波暗室测量 天线立体方向图，实测结果如图4所示，其中图4(a)为f = 2GHz的实测方向图，图4(b)为 f = 4GHz的实测方向图，图4(c)为f = 6GHz的实测方向图。由图4可看出本发明天线在 高低频端都具有较好的方向图。
[0026] 如图5,本发明的一种小型化超宽带圆极化分形天线，在微波暗室，通过反复旋转 一线极化喇机天线一周测试该天线工作在2GHz，4GHz，6GHz的半空间圆极化轴比，结果如 图5所示，其中图5(a)为天线x-z面高低频点的轴比实测图，图5(b)为天线y-z面高低频 点的轴比实测图。从图5可见本发明天线的仰角60°?90°，轴比小于6dB，主方向上的圆 极化轴比约为2. 5dB，呈现出很好的圆极化效果。
[〇〇27] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术 人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本 发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变 化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其 等效物界定。
【权利要求】
1. 一种小型化超宽带圆极化分形天线，包括传输线导体、辐射单元、馈线和天线底板， 其特征在于，所述馈线上设置天线底板和至少一个的传输线导体，所述传输线导体上设置 至少一个的辐射单元，所述辐射单元在每个焊接处都是成对出现，并交叉90°焊接。
2. 根据权利要求1所述的一种小型化超宽带圆极化分形天线，其特征在于，所述辐射 单元采用传统振子和分形Koch振子相结合的方式，辐射单元金属线宽为W，并以〇关系交 替地焊接在集合线的两根金属方管上，〇. 06 < 〇 < 22,6mm < 8mm，Koch振子的折 角不等，30°彡Θ彡60°，七对辐射单元的尺寸比例为τ，0.8彡τ彡0.97。
3. 根据权利要求1所述的一种小型化超宽带圆极化分形天线，其特征在于，所述馈线 采用同轴线馈电，同轴电缆穿过一个传输线导体在顶部进行馈电。
4. 根据权利要求1所述的一种小型化超宽带圆极化分形天线，其特征在于，所述传输 线导体采用金属方管结构，在方管结构的中心设置圆柱形通孔，同轴线缆穿过金属方管至 天线顶端，外皮焊接到方管上，芯线在天线顶端焊接到另一个传输线导体上，进行馈电。
5. 根据权利要求1所述的一种小型化超宽带圆极化分形天线，其特征在于，所述天线 底板采用圆形底板，并焊接至同轴线外皮。
6. 根据权利要求3和4所述的一种小型化超宽带圆极化分形天线，其特征在于，所述 两根传输线导体按照一定张角并行排列从而实现阻抗匹配，两根传输线导体的张角为Θ， 5° < Θ < 15°。
【文档编号】H01Q1/12GK104064856SQ201310084769
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年3月18日 优先权日:2013年3月18日
【发明者】徐良, 刘国, 王毅, 张辉, 张海光 申请人:西安电子科技大学