一種基于Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)的微帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線,特別是一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和無線通信應(yīng)用產(chǎn)品的普及，尤其是手持無線通信設(shè)備的普及，無線通信設(shè)備被做的越來越小，以便使用者能夠隨身攜帶。這就使得人們對(duì)用于無線通信的天線有了更高的要求，即天線要實(shí)現(xiàn)小型化。
[0003]自從法國數(shù)學(xué)家曼德勃羅(Benoit-Mandelbrot)在1973年首次提出分形的概念以來，分形幾何學(xué)已經(jīng)引起了眾多學(xué)者的重視與研究。20世紀(jì)80年代，對(duì)波與分形結(jié)構(gòu)相互作用的研究多了起來，促進(jìn)了分形電動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，而分形天線則正是分形電動(dòng)力學(xué)的眾多應(yīng)用之一。天線的分形設(shè)計(jì)是分形幾何學(xué)與經(jīng)典電磁理論的融合。目前，分形天線在無線通信、移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信方面都有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的市場(chǎng)前景。
[0004]分形天線在小型化方面突破了傳統(tǒng)天線的局限性。傳統(tǒng)的減小微帶天線的尺寸方法如增加基板的介電常數(shù)、短路加載、表面開槽等技術(shù)等都有很大的局限性和約束性，從另一方面減小了帶寬，增加了復(fù)雜性和集成難度。而分形復(fù)雜的形狀，即自填充性，能夠改變天線的電流路徑，增加有效電長度，從而縮減了天線的尺寸。所以設(shè)計(jì)基于分形結(jié)構(gòu)的微帶天線在天線小型化研究中具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了改善現(xiàn)有微帶天線小型化設(shè)計(jì)中犧牲帶寬、復(fù)雜性增加等缺陷，本發(fā)明提供了一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線,其中采用二階基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)(11)用來減小天線的尺寸，采用兩個(gè)大小相等的矩形切角(12)、(13)增加天線帶寬，實(shí)現(xiàn)了微帶天線小型化和寬頻帶的綜合設(shè)計(jì)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線,其特征在于:它包括形成于介質(zhì)基板(30)上、下表面的金屬微帶貼片(10)和金屬接地板(40)，所述金屬微帶貼片包括二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)(11)和兩個(gè)大小相同的矩形切角(12)、( 13)，其中二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)是由中間大矩形(14)和周圍大小相等的8個(gè)小矩形構(gòu)成的。
[0008]所述的一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線，其特征在于:二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)(11)的形成過程為:將二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)原矩形區(qū)域平均9等分為9大小相等的矩形，然后去除位于中間的矩形區(qū)域；將周圍的8個(gè)矩形按照上述步驟再分別進(jìn)行9等分，分別去除中間的矩形。
[0009]所述的一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線，其特征在于:二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)(11)中，大矩形(14)的長和寬分別是原矩形的長和寬的1/3，而小矩形(15)的長和寬又分別是大矩形(14)的長和寬的1/3。
[0010]所述的一種基于Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)的微帶天線，其特征在于:兩個(gè)矩形切角(12)、( 13)大小相等，且關(guān)于金屬微帶貼片區(qū)域的副對(duì)角線呈對(duì)稱分布，分別位于金屬微帶貼片的左上角和右下角。
[0011]本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及特性:
[0012](I)結(jié)構(gòu)緊湊，易于加工，且制作價(jià)格便宜。
[0013](2)通過引入二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)，改變了微帶天線的電流路徑,增加了有效電長度，從而減小了天線的尺寸。
[0014](3)通過在金屬微帶貼片的左上角和右下角分別引入兩個(gè)大小相等的切角，未切角部分和切角部分分別產(chǎn)生兩個(gè)諧振頻率，通過改變兩個(gè)矩形切角的尺寸，可以使兩個(gè)諧振頻率相互靠近，當(dāng)兩個(gè)諧振頻率靠近到一定程度時(shí)，就可以增加天線的有效帶寬。
[0015](4)天線方向圖在頻帶內(nèi)比較穩(wěn)定，最大方向處增益可達(dá)到6.62dB。
[0016](5)天線的在諧振點(diǎn)處取得了理想的阻抗匹配，回波損耗下陷程度高。
【附圖說明】
[0017]圖1基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線的基本結(jié)構(gòu)俯視圖
[0018]圖2金屬貼片中二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)俯視圖
【具體實(shí)施方式】
[0019]近年來，分形結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用到微帶天線的設(shè)計(jì)中，具有分形結(jié)構(gòu)的微帶天線利用分形結(jié)構(gòu)的自相似性增加了天線的有效電長度，從而減小了天線的尺寸。分形微帶天線克服了傳統(tǒng)天線小型化設(shè)計(jì)中犧牲帶寬、復(fù)雜性增加等缺陷。本發(fā)明正是利用二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了一種低成本、尺寸小、寬頻帶、適用范圍較廣的微帶天線。
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的描述。
[0021]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例如圖1所示，由二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)(11)、兩個(gè)大小相等的矩形切角(12)、( 13)和50歐姆同軸饋電結(jié)構(gòu)(20)構(gòu)成。兩個(gè)大小相等的矩形切角
(12)、( 13)關(guān)于金屬微帶貼片區(qū)域的副對(duì)角線呈對(duì)稱分布，分別位于矩形微帶貼片的左上角和右下角。50歐姆同軸饋電結(jié)構(gòu)(20)位于金屬微帶貼片的中軸線上。
[0022]二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)如圖2所示。其形成過程為:將二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)原矩形區(qū)域平均9等分為9大小相等的矩形，然后去除位于中間的矩形區(qū)域；將周圍的8個(gè)矩形按照上述步驟再分別進(jìn)行9等分，分別去除中間的矩形。大矩形(14)的長和寬分別是原矩形的長和寬的1/3，即W2 = W4/3，L2 = L4/3。而小矩形(15)的長和寬又分別是大矩形(14)的長和寬的1/3，即W3 = W2/3，L3 = L2/3。根據(jù)所示的結(jié)構(gòu)，只要選擇合適的尺寸，就能夠?qū)崿F(xiàn)天線小型化和寬頻帶兩大特性的協(xié)同設(shè)計(jì)。
[0023]如圖1，圖2所示，該微帶天線各結(jié)構(gòu)的尺寸為:
[0024]L0=30mm, W0=29mm, L1=Ilmm, W1=Smm, L2=7mm, ff2=26/3mm, L3=7/3mm, ff3=26/9mm,L4=21mm，W4=26mm。
[0025]介質(zhì)基板的選擇:介質(zhì)基板的介電常數(shù)一般在2-9.8之間，本發(fā)明采用的介質(zhì)基板為Rogers R04003，相對(duì)介電常數(shù)為3.38，基板厚度5mm。該基板價(jià)格較低，損耗較小。在實(shí)際中，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用采用介電常數(shù)損耗角小的介質(zhì)基板，如介電常數(shù)損耗角小于10_3的基板。
[0026]饋電結(jié)構(gòu)的選擇:采用常規(guī)的50歐姆同軸饋電結(jié)構(gòu)對(duì)天線進(jìn)行饋電。
[0027]基于二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線,主要是由二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)(11)和兩個(gè)大小相等的矩形切角(12)、(13)構(gòu)成。二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)(11)用來減小天線的尺寸，兩個(gè)大小相等的矩形切角(12)、(13)用來增加天線的帶寬，從而實(shí)現(xiàn)了微帶天線小型化和寬頻帶的綜合設(shè)計(jì)。該微帶天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，印刷在介質(zhì)基板的兩面，便于批量生產(chǎn)，調(diào)試，且成本低廉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線，其特征在于:它包括形成于介質(zhì)基板(30)上、下表面的金屬微帶貼片(10)和金屬接地板(40)，所述金屬微帶貼片包括二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)(11)和兩個(gè)大小相同的矩形切角(12)、( 13)，其中二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)是由中間大矩形(14)和周圍大小相等的8個(gè)小矩形構(gòu)成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線,其特征在于:二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)(11)的形成過程為:將二階Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)原矩形區(qū)域平均9等分為9大小相等的矩形，然后去除位于中間的矩形區(qū)域；將周圍的8個(gè)矩形按照上述步驟再分別進(jìn)行9等分，分別去除中間的矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線,其特征在于:二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)(11)中，大矩形(14)的長和寬分別是原矩形的長和寬的1/3，而小矩形(15)的長和寬又分別是大矩形(14)的長和寬的1/3。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種基于Sierpinski方毪分形結(jié)構(gòu)的微帶天線,其特征在于:兩個(gè)矩形切角(12)、(13)大小相等，且關(guān)于金屬微帶貼片區(qū)域的副對(duì)角線呈對(duì)稱分布，分別位于金屬微帶貼片的左上角和右下角。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)的微帶天線，它包括二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)（11）、兩個(gè)大小相等的矩形切角（12）、（13）和50歐姆同軸饋電結(jié)構(gòu)（20），其中二階Sierpinski方毯分形結(jié)構(gòu)（11）是由中間大矩形（14）和周圍大小相等的8個(gè)小矩形構(gòu)成的，而兩個(gè)矩形切角（12）、（13）關(guān)于金屬微帶貼片區(qū)域的副對(duì)角線呈對(duì)稱分布，分別位于金屬微帶貼片的左上角和右下角。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，寬頻帶，易加工等特點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q13-08, H01Q9-04
【公開號(hào)】CN104681995
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310617195
【發(fā)明人】張道亮, 馬瑩, 曹曉東
【申請(qǐng)人】哈爾濱飛羽科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月27日