一种电小尺寸分形单极子天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及通信天线设备技术领域，特别是设及一种电小尺寸分形单极子天线。
【背景技术】
[0002] 天线是无线通信系统中最重要的部件之一。由于天线具有与工作波长可比拟的 尺寸，因此当频率很低时，它的尺寸往往很大，如岸潜极低频（VL巧通信天线、坦克超高频 扣H巧通信单鞭天线等。小型化和轻量化是现代无线通信设备始终追求的目标，天线已成为 实现该目标的关键和瓶颈之一。当为了适应安装空间而将天线尺寸设计成远小于工作波长 如小于0.1?A甚至更小（电小天线）时，如寻呼机内置电小环天线，天线性能如带宽、增 益、效率等指标会大大降低。尤其是电小尺寸天线，其输入阻抗通常实部Ra很小，虚部XJW 有很大的电抗分量，使得与标准50Q同轴馈线匹配变得十分困难。该会引起天馈阻抗严重 失配，造成天线反射损耗很大，因而增益和效率极低，例如常见的车载AM/FM广播天线。为 了弥补小型化所带来的性能恶化，电小天线通常加载有源放大电路，将天线接收到的微弱 信号放大数倍后再输入处理电路，从而达到近电尺度天线所具备的接收效果。然而，有源电 小天线是仅考虑接收效果改善而不注重工作效率的一种天线。若用作发射天线，有源天线 极低的效率使得其在工程实践中无法使用，因此常用作接收天线。
[0003] 综上所述，要改善电小天线的性能，首先得提高其输入阻抗，使其接近于50Q，并 努力降低Q值W增大带宽。该有赖于良好精巧的结构设计和合适的材料选用，该跟任何其 他类型天线设计一样。电小天线也常采用加载集总元件如电阻、电感和电容的方法实现阻 抗匹配，然而集总元件自身的高Q值和损耗会造成天线带宽及效率大大降低。而其他小型 化方法如几何弯折、高介电常数材料、磁性材料等，则会造成输入阻抗减小、带宽变窄、增益 和效率下降等。分形是近二十年W来新出现的实现天线小型化的有效方法，它利用分形几 何的自相似性（self-similarity)和空间填充性（space-filling)来实现天线的多谐频和 小型化。分形天线能在保持福射特性基本不变的情况下，使几何尺寸显著缩减。然而，与常 规几何弯折一样，分形天线在实现谐振频率显著降低的同时，其输入电阻也将大大减小。
[0004] 鉴于电小天线是工程应用中的一类重要天线，如何提升其性能成为天线研究领域 中的一个重要方向。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在为UHF超高频通信提供一种电小尺寸、全向性、高增益、高效率 的移动终端天线，并为一般的电小尺度线天线提供一种与50Q标准阻抗实现理想匹配的 方法。
[0006] 本发明是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种电小尺寸分形单极子天线 (长-0. 049 ?AC，宽-0. 041 ?AC，高-0. 068 ?AC;AC为谐振频率），其特征在于，它包括 设置有同轴线馈电孔和同轴线的圆形金属地板、直立于金属地板上的天线福射体。天线福 射体包括：分别由两条经一次迭代的周期性圆弧格西普?皮亚诺分形曲线导体构造的福射 体、分别与两分形导线连接的左右相互对称的两条倒L形导体段、连接于左侧的倒L形导 体水平中段的竖直圆柱螺旋一、连接于右侧的倒L形导体水平中段的竖直圆柱螺旋二，W 及连接于两竖直圆柱螺旋底端的水平圆环；其中一条圆弧格西普?皮亚诺分形曲线福射体 直接短路至金属地板，另一条圆弧格西普?皮亚诺分形曲线福射体则与50 Q馈电同轴线连 接。
[0007] 作为上述方案的进一步说明，所述圆弧格西普?皮亚诺分形曲线福射体的顶端加 载倒L形导体段，倒L形导体段的竖直部位下端连接圆弧格西普?皮亚诺分形曲线福射体 的顶端。
[000引一种电小尺寸分形单极子天线，其特征在于，它的设置方式包括W下步骤：
[0009]步骤一，在XOZ平面构造一条宽度为Wi、水平长度为L。和迭代次数为Ii的格西 普?皮亚诺平面分形曲线（Guis巧pe化ano化rve)，各次迭代li的水平长度与竖直高 度叫之比为5 1= 1 为迭代次数li);
[0010] 步骤二，在直角坐标系下，按照步骤一所述方法，用直径为Wi的导线构造一条一次 迭代Ii圆弧格西普?皮亚诺空间分形曲线，其水平段和竖直段分别为圆弧段和直线段，圆 弧半径和弧度分别为R。和婷；
[0011] 步骤=，按照步骤二所述方法，沿着+Z轴方向依次构造出N条一次迭代Ii圆弧 格西普?皮亚诺分形曲线；然后，将该些单元分形曲线首尾相连，构成一条更长的、周期性 格西普?皮亚诺分形曲线；其竖直高度H等于各单元高度与初始段高度的总和，即H = 1〇+ (2 ?化 1) ? li (N 为单元数目，N > 1);
[0012] 步骤四，将步骤S中的N单元周期性分形曲线沿Y0Z平面进行镜像复制，复制后左 右两部分狂轴负/正半轴部分）间隔距离为S;
[0013] 步骤五，在步骤四所述的两条空间分形曲线末端（顶端）分别加载两条相同的倒 L形导体段，其前段竖直部分高为li，后段水平部分长为1 ;
[0014] 步骤六，在步骤五所述的两条倒L形导体水平段的末端分别加载一个长、宽、厚分 别Lp、Wp、Tp为的竖直导体板，两导体板间隔距离为（s-Tp);步骤走，在步骤五所述的两条倒 L形导体水平段中间偏竖直段位置分别加载一个竖直圆柱螺旋，螺旋直径、升角和线径分别 为Dh、ah、Wh，旋向为左旋或右旋；
[0015] 步骤八，将步骤走所述的两条圆柱螺旋底端用一个直径和线径分别为町和Wj勺圆 环连接，连接点位于圆环的水平直径上；
[0016] 步骤九，在天线底端水平放置一个金属地板，金属地板上表面与步骤四所述巧轴 部分的N单元周期性格西普?皮亚诺分形曲线始端平齐；
[0017] 步骤十，在步骤九所述的圆形金属地板与分形曲线始端平齐位置钻一圆孔，孔径 等于50 Q标准同轴线外导体内径D。，在该孔处安装带法兰盘的同轴连接头，如SMA型、N型、 BNC型、TNC型头；
[0018] 步骤十一，将步骤四所述的-X轴部分N单元周期性格西普?皮亚诺分形曲线末端 则短路到金属地板。
[0019] 作为上述方案的进一步说明，电小分形单极子天线选用的分形曲线类型为一次迭 代格西普?皮亚诺分形曲线II。
[0020] 优选地，电小分形单极子天线采用空间圆弧而非平面折线形式的一次迭代格西 普?皮亚诺分形曲线II来实现天线尺寸更显著的小型化。
[0021] 优选地，电小分形单极子天线采用两臂对称、折合的形式W实现阻抗加倍。
[0022] 优选地，所述电小分形单极子天线采用分布式电容电感串联加载的方法来实现电 小尺寸下的理想阻抗匹配。
[0023] 优选地，迭代格西普?皮亚诺分形曲线的制作材料是宽度为Wi的印制导线或直径 为Di的金属导线。
[0024] 优选地，所述金属地板形状为圆形、楠圆、方形或正多边形。
[0025] 优选地，电小分形单极子天线的分形曲线、加载的圆柱螺旋电感W及金属地板采 用铜、侣或不诱钢材料制作。
[0026] 本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是：
[0027] 本发明独特地采用分形几何和分布式加载相结合的方法，使常规的超高频UHF频 段单极子天线仅依靠精巧的结构设计即在较宽频带内实现了电小尺寸工作（<<〇.1?入； 长-0.049 ?AC，宽-0.041 ?AC，高-0.068 ?Ac;AC为谐振频率）；带内阻抗匹配良好、方 向全向性好、增益和效率较高；尤其是谐振点，其输入阻抗几乎等于50Q，增益和效率分别 高达1. 5地i和95%。同时，本发明具有思路清晰、原理普适、结构简单、加工方便等特点等 优点，使得单/偶极子天线该一天线领域中最原始、最简单、应用最广泛的的天线类型能够 应用于极低、超低频段，因而进一步扩展了其应用领域；再者，本发明所提出的电小单极子 天线匹配方法同样也适用于其他类型电小线天线的匹配。
【附图说明】
[002引图1为天线模型所采用的直角坐标系定义示意图；
[0029] 图2为各次迭代平面格西普?皮亚诺分形曲线（Guis巧pe化ano化rve)示意图； 图2 (a)表示初始体或零次