[發(fā)明專利]分形多頻多模偶極子天線的設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410153248.1
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104063534A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李道鐵;毛軍發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種天線的設(shè)計方法，特別是涉及一種分形多頻多模偶極子天線的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

偶極子天線是天線家族中最原始、最簡單，同時也是應(yīng)用最廣的天線類型之一。迄今為止，幾乎所有的偶極子、單極子天線都是從最初的赫茲振子演變而來。一個中心饋電的線偶極子天線有很多種工作模式，這些模式依賴于其兩臂長度L相應(yīng)于工作波長f的電尺度，比如短振子（L<<λ）、半波振子（L≈0.5·λ）、全波振子（L=1·λ）、一倍半波長振子（L=1.5·λ）等。在這些模式中，只有半波振子同時具有易匹配的阻抗（Z_in=R_in=73.1Ω）和良好方向性（全向方向圖），并因此得到了廣泛應(yīng)用。下面，我們將概述細線偶極子天線各電長度的電流分布、輸入阻抗和方向特性。

細線偶極子的全波長尺度雖有比半波長更高增益的全向方向圖。但是，由于饋點剛好是電流波的零點，故輸入阻抗極高，從而無法匹配而獲得實際應(yīng)用。一倍半波長的輸入阻抗約為118Ω，但E-面方向圖卻分裂成六瓣，因而并無實際應(yīng)用價值。短波振子的輸入阻抗通常很低，方向圖也是全向的，加上適當匹配電路也可以應(yīng)用，但輻射效率很低。綜上分析知，半波振子是線偶極子天線中眾多模式中唯一可實際應(yīng)用的工作模式。目前所有發(fā)明的偶極子、單極子天線，包括平面的、空間的，歐氏形狀、直折線分形的、單元的以及復(fù)雜陣列天線，如八木天線、對數(shù)周期天線無一不是半波振子或其變型。無法同時實現(xiàn)全向輻射和高增益定向輻射是偶極子天線的固有缺陷。下面，我們嘗試用塞爾賓斯基分形曲線（Sierpinski Curve）構(gòu)造具有新穎輻射模式的單/偶極子天線，如法向模、軸向模和共面全向模，以進一步擴展偶極子天線的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分形多頻多模偶極子天線的設(shè)計方法，其在比常規(guī)偶極子尺寸縮減而實現(xiàn)半波輻射的同時，獲得了具有高增益軸向和共面全向輻射特性的一倍半波長這一前所未有的工作模式，使得多頻、多模單/偶極子天線和小型化、高增益偶極子陣列天線的設(shè)計從此變?yōu)楝F(xiàn)實。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種分形多頻多模偶極子天線的設(shè)計方法，其特征在于，所述分形多頻多模偶極子天線的設(shè)計方法包括以下步驟：步驟一，在XOY平面構(gòu)造一條彎折角為θ、線寬為W_i、水平長度為L_i、高度為H_i的塞爾賓斯基分形曲線，i為迭代次數(shù)I_i；步驟二，選擇四次迭代I₄來研究塞爾賓斯基分形多頻多模偶極子天線；步驟三，分別對完整型四次迭代I₄塞爾賓斯基分形多頻多模偶極子天線和缺陷型四次迭代I₄塞爾賓斯基分形多頻多模偶極子天線進行全波電磁仿真；步驟四，發(fā)現(xiàn)1.5·λ共面全向模這一常規(guī)偶極子天線所不具有的新諧振模式，其在天線平面具有全向水平極化方向圖；步驟五，1.5·λ軸向模也是偶極子天線未曾發(fā)現(xiàn)的新諧振模式，可用于構(gòu)造高增益軸向端射陣或高增益低剖面全向邊射陣；步驟六，在兩臂末端被截斷后，再對塞爾賓斯基偶極子天線末端進行適度截斷，即深度截斷；步驟七，深度截斷使三次迭代塞爾賓斯基偶極子天線獲得了1.5·λ高增益Y軸向邊射又一新的諧振模式；步驟八，將兩個深度截斷三次迭代塞爾賓斯基偶極子天線沿Y軸方向組陣，獲得了1.5·λ共面高增益兩單元端射陣；步驟九，為獲得更高增益，將以上的Y軸方向兩單元端射陣再沿Z軸方向組成N單元陣，構(gòu)成端射邊射混合陣。

優(yōu)選地，所述分形多頻多模偶極子天線的制作材料是寬度為W_i的印制導(dǎo)線或直徑為D_i的金屬導(dǎo)線。

優(yōu)選地，所述步驟二將兩條四次迭代塞爾賓斯基分形曲線沿X軸方向彼此并排緊挨放置，中間間隙處設(shè)置饋電點，由此構(gòu)成了平衡饋電完整型塞爾賓斯基偶極子天線。

優(yōu)選地，所述完整型四次迭代塞爾賓斯基分形多頻多模偶極子天線的諧振模式分別有0.5·λ法向全向模、1.5·λX軸向模、2.5·λX/Y雙軸向模和3.5·λX軸向模四種諧振模式；缺陷型四次迭代塞爾賓斯基分形多頻多模偶極子天線則有0.5·λ法向全向模、1.5·λ共面全向模、2.5·λX軸向模和3.5·λ法向全向模四種諧振模式。