一种1.8GHz小型化分形天线

本发明涉及天线结构技术领域，具体为一种1.8ghz小型化分形天线。

背景技术：

随着电子科学技术的飞跃式发展，无线通信技术及其衍生品在现实生活中的应用已经越来越广泛；随着技术的不断提高，对无线通信中必不可少的天线提出了更高的要求以及严格的参数指标；同时在电子装备技术不断向前发展的今天,无论是民用无线通信装备还是军用的无线通信装备中,在通信高质量化的前提条件下,要求无线通信系统同时具有宽频带与小型化的性能,因此近些年来天线领域的研究热点一直聚焦于小型化宽带天线；伴随着人们对天线尺寸、接收效率等指标要求的不断提出,越来越多新型的天线应运而生,微带天线就是其中之一；微带天线有其显著的特点,如重量小,剖面低、结构紧凑等；另一方面,微带天线与其他种类天线相比,也有其自身的一些缺点,比如增益较低等。

带宽和增益是决定天线性能的两个最基本的因素,宽带特性有利于天线适用于更多场合,高增益特性有利于节约信号传输所需的能量；宽频带,可使得天线辐射信号的传输速率高,系统容量大,同时也可以提高抗多径干扰的能力高增益,可大大减小发射信号的功率,同时也可以大大增加信号传输的距离。

但是现有的技术存在以下的不足：

1、现有技术中无法做到对天线接收到的能量进行最佳状态的处理，使得其以高增益能量传输。

2、现有技术中的天线的结构过于单一，无法提供较宽的通频带，使得天线的性能无法达到最佳状态。

3.现有技术中难以达到实现天线的小型化与集成化。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，该天线相比较其它天线拥有着更小的尺寸、相对较低的回波损耗和较高的增益，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种1.8ghz小型化分形天线，包括长度与宽度均为36.7mm的fr-4介质板材，且fr-4介质板材基质上表面覆盖有分型辐射铜片、50ω微带馈电线、带状微带馈电铜薄片和辐射接地铜薄片，所述fr-4介质基板上表面四周均匀设有辐射接地铜薄片，辐射接地铜薄片内设有分型辐射铜片，分型辐射铜片边长为26.6mm的正方形结构，且辐射接地铜薄片一侧中心位置设有宽3.04mm的接地板，该接地板内设有长宽分别为8.8mm和2.3mm的矩形铜薄片，且矩形铜薄片距接地板两侧均为0.37mm，矩形铜薄片一端与大相切铜薄片圆连接，大相切铜薄片圆半径为10.1mm，大相切铜薄片圆的中心位置设有半径为8.2mm四次迭代分形铜薄片。

进一步的，所述分型辐射铜薄片，带状微带馈电铜薄片以及辐射接地铜薄片位于同一平面。

进一步的，分型辐射铜片的长l为

其中，h表示介质层厚度，其中εreff是fr-4介质基板的有效介电常数。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本1.8ghz小型化分形天线的带宽为180mhz，回波损耗最小值达到-44db，且该1.8ghz小型化分形天线的增益方向为双向性，最大增益达到2.35db，本发明实现了天线的小型化和高增益，可应用于无线通讯、射频识别和微波能无线传输等领域。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构具体参数；

图3为本发明四次迭代分形铜薄片分形结构示意图；

图4为利用hfss天线模拟仿真软件模拟的1.8ghz小型化分形天线的回波损耗图；

图5为利用hfss天线模拟仿真软件模拟的1.8ghz小型化分形天线在xoy平面与yoz平面的辐射方向图。

图中：1辐射接地铜薄片、2分型辐射铜片、3大相切铜薄片圆、4四次迭代分形铜薄片、5接地板、6矩形铜薄片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种1.8ghz小型化分形天线，包括长度与宽度均为36.7mm的fr-4介质板材，且fr-4介质板材基质上表面覆盖有分型辐射铜片、50ω微带馈电线、带状微带馈电铜薄片和辐射接地铜薄片，所述fr-4介质基板上表面四周均匀设有辐射接地铜薄片，辐射接地铜薄片内设有分型辐射铜片，分型辐射铜片边长为26.6mm的正方形结构，且辐射接地铜薄片一侧中心位置设有宽3.04mm的接地板，该接地板内设有长宽分别为8.8mm和2.3mm的矩形铜薄片，且矩形铜薄片距接地板两侧均为0.37mm，矩形铜薄片一端与大相切铜薄片圆连接，大相切铜薄片圆半径为10.1mm，大相切铜薄片圆的中心位置设有半径为8.2mm四次迭代分形铜薄片。

此发明的核心部分是分型辐射铜薄片的设计，在微带天线设计时需要对小型化分形天线的金属天线贴片的尺寸，介质基板的尺寸、厚度进行理论上的估算，才能在模拟实验的时候更加快速精确地找到适合1.8ghz频段设计的相关参数要求；所以下面以矩形微带天线为例，讲解微带天线各个数据参数的理论计算方法。

采用微带天线的理论设计方法，利用微带进行馈电，理论设计方法如下：

根据传统的矩形微带天线的理论设计方法来设计微带天线，微带天线贴片的宽w为

在(1)式中，f0为天线的谐振频率，εr为相对介电常数，c为光速。天线的谐振频率f0为1.8ghz。

辐射贴片的长l为

在(3)式中，h表示介质层厚度，其中εreff是基板的有效介电常数。

为了降低表面波辐射对天线性能的影响，介质基片的厚度应该满足以下的理论计算公式

fm为微带天线的工作的最高频率。

微带天线可以等效为rlc谐振电路进行分析。c为辐射贴片与接地板之间的等效电容，xl为等效感抗，l为等效电感。天线的输入阻抗zin为

在(6)式中：qt为谐振电路的品质因数。

反射参数γ为

根据公式(8)可计算得出天线的回波损耗s11和驻波比σvswr分别为:

s11＝20lg|γ|(8)

矩形微带天线用的是微带线进行馈电，当确定了矩形贴片的长度和宽度后，一般在微带天线中加入50ω的标准阻抗。

图3是利用hfss天线模拟仿真软件模拟的一种1.8ghz小型化分形天线，的回波损耗图，由图可知，该1.8ghz小型化分形天线的带宽为180mhz，回波损耗最小值达到-44db，其频带匹配性能达到设计要求。

图4是利用hfss天线模拟仿真软件模拟的1.8ghz小型化分形天线在xoy平面与yoz的辐射方向图，由图可知，该1.8ghz小型化分形天线的增益方向为双向性，最大增益达到2.35db，其方向性和增益均达到设计要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。