[發明專利]一種小型分形智能天線

無效

• 申請號: 200910131052.1
• 申請日: 2009-04-21
• 公開（公告）號: CN101789546A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發明（設計）人: 李亞琳
• 申請（專利權）人: 天津中啟創科技有限公司
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，特別涉及一種小型分形智能天線。

背景技術

隨著無線通信技術的發展和移動通信終端設備的普及，特別是近年來人們對小型化、多頻帶、集成化天線的迫切需求，使天線技術得到了充分的發展。但是，傳統的天線在幾何形狀上基本上都是基于歐幾里德幾何的設計。雖然，隨著天線技術的不斷發展出現了微帶天線，具有低剖面、重量輕、成本低，可與各種載體共形，適合印刷電路板技術批量生產、易于實現圓極化、雙極化、雙頻段工作等優點，但其致命的缺點是窄帶性，從而限制了它的廣泛應用。因此，迫切需要運用新的理論和方法，探索現代天線的設計，解決傳統的天線設計中出現的問題和矛盾。研究發現，將分形幾何應用到天線工程中，可設計出尺寸和頻帶指標更好的分形天線。

“分形”這一概念是由法國數學家B.Mandelbrot于1975年首次提出的，“分形(Fractal)”這個名詞即拉丁文的“破碎”。分形幾何就是研究無限復雜而具有特定意義下的自相似圖形和結構的幾何學，自相似就是局部的形態與整體形態的相似，分形具有兩大特征：自相似性和空間填充性(即分數維)。

所謂分形天線，是指幾何屬性上具有分形特征的天線。世界上第一個分形天線是由美國科學家Dr.Nathan?Cohen于1988年完成的，而對分形天線進行系統的研究是從1995年8月Cohen發表他的第一篇有關分形天線方面的文章開始的。隨后，國際上很多大學和科研機構開始對分形天線進行研究。分形天線是分形電動力學的眾多應用之一。天線與陣列的分形設計是電磁理論與分形幾何學的融合，如我們熟悉的螺旋天線和對數周期天線等一類頻率無關天線都是分形天線，它已經存在多年，但直到分形技術應用后，它的性能才得以充分的理解。

傳統的微帶天線要實現其雙頻和多頻工作通常需要采用多個輻射單元的天線或電抗性負載貼片天線或多頻介質諧振天線，這些都增加了天線的復雜性，同時，也增加了制作的難度和成本。現代無線通信要求用低剖面、小尺寸、多頻帶(寬頻帶)、可集成的天線，分形天線能更好的滿足這種要求。分形是通過迭代產生的分數維自相似結構，其整體與局部、局部與局部之間都具有自相似性。因此，分形是一種與標度無關的幾何，與寬帶天線的頻率無關性比較相似。將分形應用于天線的設計主要是用來實現天線小型化和天線的多頻特性，分形天線解決了傳統天線的兩個局限性：(1)通常天線的性能都依賴于天線的電尺寸。這就意味著對于固定的天線尺寸，主要天線參數(增益、輸入阻抗、方向圖和副瓣電平等)將隨著工作頻率的改變而改變。分形的自相似性使分形天線有多頻和寬頻特性。(2)分形的空間填充性，使一些天線的尺寸得到減縮。

為了保證時分同步碼分多址接入(TD-SCDMA)系統的性能，智能天線是TD-SCDMA系統的強制的特性之一。對于工作在1880-1920MHz和2010-2025MHz的TD-SCDMA系統的八路智能天線通常的尺寸為：1200mm(高)×680mm(寬)×110mm(厚)。

2007年ITU?WP8F第10次會議上將用作GSM?1.X的450MHz頻譜用作TD-SCDMA使用。就像上述所描述的，智能天線的采用是TD-SCDMA系統的性能保證的特性之一。然而，現有的智能天線技術對于天線的尺寸的挑戰很大。比如450MHz，全向的智能天線的直徑將是1.25λ＝83.4厘米.

考慮到工作在450MHz的TD-SCDMA系統的智能天線的尺寸至少是2GHz天線的4倍。在實際應用中，如此大尺寸的天線在工程上是不可行的。這也是在現階段450MHz的TD-SCDMA一直沒有得到運用的瓶頸這一，因此必須采用一定的辦法來減小天線的尺寸。

現有的定向智能天線采用增益為11dB的單個偶極子天線作為一個單元，并且根據實際的覆蓋需要的增益在水平面上相隔半個波長排放4個單元，6個單元和8個單元不等。這樣一種處理方法將增大智能天線的尺寸，特別是對于低波段的(比如450Mhz)的TD-SCDMA系統這樣的設計將大大地增加天線的尺寸。

本申請的發明人通過采用分形技術來減小智能天線的單個天線單元的尺寸，并且通過改變天線陣的陣列來減小智能天線的尺寸。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種小型分形智能天線，以滿足低頻段的TD-SCDMA系統的智能天線在不降低性能的基礎上達到尺寸的減小的目的。

為達到上述目的，本發明的技術方案具體是這樣實現的：

1、一種小型分形智能天線，用于實現時分同步碼分多址接入TD-SCDMA系統的小尺寸的天線，特別是針對長波長的低頻段。其特征在于，包括：