本發(fā)明涉及天線設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種分形結(jié)構(gòu)單極子天線。

背景技術(shù)：

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和移動(dòng)通信終端設(shè)備的普及，現(xiàn)階段新型天線的設(shè)計(jì)需滿足小型化、多頻化、可集成化等多方面的要求，在將天線設(shè)計(jì)更小的同時(shí)，還需保證天線的性能不受影響。“分形”是用來描述具有自相似特性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，分形技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于科學(xué)和工程領(lǐng)域的各個(gè)方面，幾何屬性上具有分形特征的天線被稱為分形天線，分形天線在保持和現(xiàn)有天線性能相似的情況下，能夠減小天線的尺寸并增加天線的工作帶寬。Hilbert分形曲線具有良好的平面填充特性，將其應(yīng)用于單極子天線中具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種小型化且能夠降低單極子天線諧振頻率的分形結(jié)構(gòu)單極子天線。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種分形結(jié)構(gòu)單極子天線，包括：接地板，包括相對的第一表面和第二表面；介質(zhì)基板，設(shè)置于所述接地板的第一表面，并與所述接地板垂直設(shè)置，其包括相對的第三表面和第四表面；Hilbert分形導(dǎo)線層，貼設(shè)于所述介質(zhì)基板的第三表面；耦合條帶，貼設(shè)于所述介質(zhì)基板的第三表面；激勵(lì)條帶，貼設(shè)于所述介質(zhì)基板的第四表面；同軸電纜，包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，外導(dǎo)體與所述接地板的第二表面相連，內(nèi)導(dǎo)體穿過所述接地板以與所述激勵(lì)條帶相連。

可選地，所述接地板為圓形板，所述介質(zhì)基板為矩形板，所述介質(zhì)基板的中軸線穿過所述接地板的圓心，所述耦合條帶位于所述Hilbert分形導(dǎo)線層的中軸線上。

可選地，所述Hilbert分形導(dǎo)線層為Hilbert二階迭代分形形狀。

可選地，所述Hilbert分形導(dǎo)線層與所述接地板之間具有間隙。

可選地，所述接地板的面積大于所述介質(zhì)基板的面積。

可選地，所述接地板為銅板。

可選地，所述介質(zhì)基板為Rogers RO4350，相對介電常數(shù)為3.66，相對磁導(dǎo)率為1.0，損耗角正切為0.004，板材厚度th＝0.508mm。

通過上述技術(shù)方案，將Hilbert分形導(dǎo)線層取代直線狀單極子，利用激勵(lì)條帶與Hilbert分形導(dǎo)線層之間的耦合，能夠保證單極子天線在帶寬和增益不受影響的前提下，降低單極子天線的諧振頻率。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明提供的分形結(jié)構(gòu)單極子天線的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的分形結(jié)構(gòu)單極子天線的主視圖；

圖3是本發(fā)明提供的分形結(jié)構(gòu)單極子天線的主視圖；

圖4是本發(fā)明提供的分形結(jié)構(gòu)單極子天線|S₁₁|參數(shù)隨頻率變化的曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種分形結(jié)構(gòu)單極子天線，包括Hilbert(希爾伯特)分形導(dǎo)線層1、激勵(lì)條帶2、同軸電纜3、介質(zhì)基板4以及接地板5，其中，接地板5包括相對的第一表面和第二表面；介質(zhì)基板4設(shè)置于接地板5的第一表面，并與接地板5保持垂直設(shè)置，介質(zhì)基板4包括相對的第三表面和第四表面；Hilbert分形導(dǎo)線層1和耦合條帶11均貼設(shè)于介質(zhì)基板4的第三表面；激勵(lì)條帶2貼設(shè)于介質(zhì)基板4的第四表面；同軸電纜3包括內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體，外導(dǎo)體與接地板5的第二表面相連，內(nèi)導(dǎo)體穿過接地板5以與激勵(lì)條帶2相連。

通過上述技術(shù)方案，將Hilbert分形導(dǎo)線層取代直線狀單極子，在相同的尺寸下，利用激勵(lì)條帶與Hilbert分形導(dǎo)線層之間的耦合，能夠在保證單極子天線帶寬和增益不受影響的前提下，降低單極子天線的諧振頻率。

具體地，在本發(fā)明提供的實(shí)施方式中，如圖1至圖3所示，接地板5可以為圓形板，介質(zhì)基板4可以為矩形板，為了增大輻射面積，提高天線的輻射效率，增強(qiáng)天線的方向性，接地板5的面積須遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于介質(zhì)基板4的面積。介質(zhì)基板4的長H＝2.5mm，寬wid3＝1mm，采用的材料為Rogers RO4350(tm)(羅杰斯RO4350)，相對介電常數(shù)為3.66，相對磁導(dǎo)率為1.0，損耗角正切為0.004，板材厚度th＝0.508mm，這種材料的介質(zhì)基板損耗角低且對輻射效率有一定的保證。接地板5可以為圓形銅板，半徑為sus_r＝80mm，厚度為sus_th＝2mm，接地板5的中心被同軸電纜3的填充介質(zhì)所取代。

其中，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，介質(zhì)基板4的中軸線穿過接地板5的圓心，耦合條帶11位于Hilbert分形導(dǎo)線層1的中軸線上，激勵(lì)條帶2貼設(shè)于介質(zhì)基板4的第四表面，且處于介質(zhì)基板4的中軸線上，這樣，能夠增加激勵(lì)條帶2與Hilbert分形導(dǎo)線層1之間的耦合面積，以便于激勵(lì)條帶2與Hilbert分形導(dǎo)線層1之間的耦合。其中，激勵(lì)條帶2的長H＝2.5mm，寬wid3＝1mm，耦合條帶11寬度wid2＝1.2mm。此外，為了方便天線接收饋電，同軸電纜3整體穿過接地板5，同軸電纜3的內(nèi)導(dǎo)體超出接地板5的第一表面1mm，連接激勵(lì)條帶2的下端，外導(dǎo)體與接地板5的第二表面連接，使激勵(lì)條帶2不與接地板5接觸。此外，考慮到加工精度的要求，為了保持Hilbert分形導(dǎo)線層1結(jié)構(gòu)的完整性，Hilbert分形導(dǎo)線層1與所述接地板5之間具有間隙，具體地，在矩形介質(zhì)基板4的長邊增加了0.5mm，以保證加工時(shí)Hilbert分形導(dǎo)線層1不接觸到地板，且分形結(jié)構(gòu)不被破壞。

其中，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，Hilbert分形導(dǎo)線層1為Hilbert二階迭代分形形狀，采用Hilbert分形結(jié)構(gòu)能夠彎曲天線表面的電流，大幅度的增加電流路徑，借此來降低天線的諧振頻率，并達(dá)到縮減天線尺寸的目的，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。但是，當(dāng)Hilbert分形導(dǎo)線層1的階數(shù)大于二階時(shí)，由于電流路徑的彎折拐點(diǎn)較多，增加高頻諧振點(diǎn)的個(gè)數(shù)，使整體的諧振頻率向高頻方向移動(dòng)。具體的，上述Hilbert分形導(dǎo)線層1采用Hilbert二階迭代分形形狀作為主體結(jié)構(gòu)，整體分形結(jié)構(gòu)為len＝30mm的正方形，分形的條帶寬度wid1＝1.2mm，中軸線上耦合條帶11的寬度wid2＝1.2mm，內(nèi)部分形的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為長len2＝4.5mm，寬len1＝4mm的U型結(jié)構(gòu)，且Hilbert分形導(dǎo)線層1和激勵(lì)條帶2，均為厚度Co_th＝0.018mm的覆銅薄膜。

其中，在本發(fā)明的實(shí)施方式中，通過不斷地調(diào)整Hilbert分形導(dǎo)線層1、耦合條帶11以及激勵(lì)條帶2的寬度，優(yōu)化該分形結(jié)構(gòu)單極子天線的輻射效率。其中，表1為上述分形結(jié)構(gòu)單極子天線中各組件的尺寸參數(shù)，根據(jù)表1中的參數(shù)，使用高頻電磁仿真軟件HFSS13.0進(jìn)行仿真分析，經(jīng)過仿真優(yōu)化之后得到本發(fā)明提供的分形結(jié)構(gòu)單極子天線的|S₁₁|參數(shù)隨頻率變化的曲線，可以發(fā)現(xiàn)，在|S₁₁|參數(shù)比較理想的情況下，與同尺寸單極子天線相比，其諧振頻率低得多，同時(shí)對天線輻射效率的影響也不大，上述結(jié)果說明通過引入Hilbert二階迭代分形結(jié)構(gòu)，在相同尺寸、對輻射效率影響不大的情況下，可以很大程度上降低諧振頻率，達(dá)到優(yōu)化天線的目標(biāo)。

表1.各參數(shù)最佳尺寸表

注：L1為同軸電纜3的長度，th為介質(zhì)基板4的厚度，r1、r2為同軸電纜3的外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體的半徑，sus_th為接地板5的厚度，len為介質(zhì)基板4的長度，Co_th為銅片厚度，wid1為Hilbert分形導(dǎo)線層1的寬度，H為激勵(lì)條帶2的高度，wid3為激勵(lì)條帶2的寬度，len1、len2為二階Hilbert分形導(dǎo)線層1基礎(chǔ)圖形的寬和長，L2為介質(zhì)基板4向上平移的距離，sus_r為接地板5的半徑。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合，為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。