一款分形超宽带天线的制作方法
【专利摘要】一款分形超宽带天线，属于无线通信【技术领域】。本发明的分形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蚀刻有一长方形槽(5)。本发明的优点在于：1、具有超宽带、多频工作、方向性好、驻波比小，并且实现了良好阻抗匹配的优点。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。
【专利说明】一款分形超宽带天线
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一款分形超宽带天线，属于无线通信【技术领域】。
【背景技术】
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[0002]超宽带(Ultra-wideband，UffB)技术是目前备受关注的一种新型短距离高速率无线通信技术。2002年，联邦通信委员会(FCC)发布了一个带宽标准为7.5GHz的超宽带无线通信频段，覆盖的频率范围为3.lGHz-10.6GHz，在工业和学术方面，超宽带无线电技术已经投入大量的研究工作。与其他传统的无线通信技术相比较，UWB的技术特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。
[0003]天线应用分形技术是一种更有效拓展带宽和减小尺寸的方法，也是一种有效实现超宽带的方法。由于分形结构具有自相似的特性，分形天线表现出多频的特性，通过调节分形结构中的参数，将多频的各个谐振点相互拉近，进而实现天线的宽带特性。其次，由于分形结构具有空间填充特性，使得微带天线具有小型化的特性。分形结构扩展频带源于形成分形图形的空间填充性和自相似性。经过分形后，图形会包含一些细小的结构，这些结构产生了连续的谐振，形成了较宽的频带。增加迭代次数，进而达到超宽带的要求。因此，分形天线技术极大促进了超宽带天线技术的发展与应用。
[0004]本发明的基于分形结构的超宽带天线，经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的在于克服现有技术之不足，而提供一款分形超宽带天线。
[0006]本发明的分形超宽带天线，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:
[0007]a.辐射单元(2)为经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⑴；
[0008]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蚀刻有一长方形槽
(5)。
[0009]所述辐射单元2的分形方法为:
[0010]a.将半径为R的圆分成六个角度为60°的扇形,首先对每一个扇形切除一个半径为R/2，角度为60°的小扇形，然后对剩余的六个相同结构分别进行图形扩充，扩充部分是以半径为R的60°扇形的弦为直径的半圆弧与剩余部分包围而成，从而形成了第一次迭代；
[0011]b.对第一次迭代后的结构中的六个半圆结构分别进行三等分，按照第一次迭代的方式进行切除和扩充，切除部分是半径为R/4，角度为60°的扇形，扩充部分是以半径为R/2的60°扇形的弦为直径的半圆弧与剩余部分包围而成，从而形成了第二次迭代。
[0012]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。
[0013]经二次迭代形成的辐射单元2，如图1所示。
[0014]本发明与现有技术相比，具有如下优点:
[0015]1、具有超宽带、多频工作、方向性好、驻波比小，并且实现了良好阻抗匹配的优点。
[0016]2、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、损耗低，满足平面设计的要求。
[0017]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。
【专利附图】
【附图说明】
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[0018]图1为本发明的正视图结构示意图。
[0019]图2为本发明的后视图结构示意图。
[0020]图3为本发明中天线回波损耗的仿真和测试结果。
[0021]图4-a和图4-b分别为在2.5GHz时E面和H面仿真与测量的辐射方向图。
[0022]图5-a和图5-b分别为在6.5GHz时E面和H面仿真与测量的辐射方向图。
[0023]图6-a和图6-b分别为在9.75GHz时E面和H面仿真与测量的辐射方向图。
【具体实施方式】
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[0024]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0025]本发明的一款分形超宽带天线，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:
[0026]a.辐射单元2为经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，其上蚀刻缝隙I ;
[0027]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蚀刻有一长方形槽5。
[0028]所述辐射单元2的分形方法为:
[0029]a.将半径为R的圆分成六个角度为60°的扇形,首先对每一个扇形切除一个半径为R/2，角度为60°的小扇形，然后对剩余的六个相同结构分别进行图形扩充，扩充部分是以半径为R的60°扇形的弦为直径的半圆弧与剩余部分包围而成，从而形成了第一次迭代；
[0030]b.对第一次迭代后的结构中的六个半圆结构分别进行三等分，按照第一次迭代的方式进行切除和扩充，切除部分是半径为R/4，角度为60°的扇形，扩充部分是以半径为R/2的60°扇形的弦为直径的半圆弧与剩余部分包围而成，从而形成了第二次迭代。
[0031]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。这里仅给出经二次迭代的实施实例。
[0032]经两次迭代形成的辐射单元2，如图1所示。
[0033]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，采用渐变性的微带线进行馈电，初始的圆形辐射片的半径R为10_。本发明的天线尺寸大小为40mm*30mm*l.6mm0
[0034]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，不断增加带宽。
[0035]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-1OdB的条件下，实现2.7GHz,4.8GHz、7.9GHz、9.4GHz的四个谐振频率，工作频带为
2.2GHz-10.2GHzο不仅覆盖了超宽带频段中的3.lGHz-10.2GHz，而且还覆盖了 TD-SCDMA中的 2300MHz-2400MHz 频段、WCDMA 中的 2130MHz_2135MHz 频段、LTE 中的 2300MHz_2400MHz和 2570MHz-2620MHz 频段、WLAN(2400MHz_2485MHz，及 5150MHz_5825MHz)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UWB设备中。
【权利要求】
1.一款分形超宽带天线，其特征在于该分形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: a.辐射单元(2)为经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，其上蚀刻缝隙⑴； 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蚀刻有一长方形槽(5)。
2.权利要求1所述的分形超宽带天线，其特征在于所述辐射单元(2)迭代分形的方法为: a.将半径为R的圆分成六个角度为60°的扇形,首先对每一个扇形切除一个半径为R/2，角度为60°的小扇形，然后对剩余的六个相同结构分别进行图形扩充，扩充的部分是以半径为R的60°扇形的弦为直径的半圆弧与剩余部分包围而成，从而形成了第一次迭代； b.对第一次迭代后的结构中的六个半圆结构分别进行三等分，按照第一次迭代的方式进行切除和扩充，切除的单元是半径为R/4，角度为60°的扇形，扩充的部分是以半径为R/2的60°扇形的弦为直径的半圆弧与剩余部分包围而成，从而形成了第二次迭代。
【文档编号】H01Q1/38GK104282992SQ201410586712
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】申东娅, 汪忠双, 张秀普, 王海明 申请人:云南大学