[實用新型]一種基于分形結構的超寬帶天線

有效

• 申請號: 201420633489.1
• 申請日: 2014-10-28
• 公開（公告）號: CN204696234U
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 申東婭;汪忠雙;張秀普;任文平
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q5/10;H01Q5/28;H01Q5/307
• 代理公司: 昆明今威專利商標代理有限公司 53115
• 代理人: 楊宏珍

技術領域

本實用新型涉及一種基于分形結構的超寬帶天線，屬于無線通信技術領域。

背景技術

超寬帶(Ultra-wideband，UWB)技術是目前備受關注的一種新型短距離高速率無線通信技術。2002年，聯邦通信委員會(FCC)發布了一個帶寬標準為7.5GHz的超寬帶無線通信頻段，覆蓋的頻率范圍為3.1GHz-10.6GHz，在工業和學術方面，超寬帶無線電技術已經投入大量的研究工作。與其他傳統的無線通信技術相比較，UWB的技術特點主要有傳輸速率高、通信距離短、平均發射功率低、隱蔽性好，不易被截獲，保密性高、多徑分辨率極高、適合于便攜型應用等。傳統的UWB技術使用基帶傳輸，無需進行射頻調制和解調，使得UWB設備功耗小，成本低，靈活性高，適合于便攜型無線應用。

天線應用分形技術是一種更有效拓展帶寬和減小尺寸的技術，也是一種有效實現超寬帶的技術。由于分形結構具有自相似的特性，分形天線表現出多頻的特性，通過調節分形結構中的參數，將多頻的各個諧振點相互拉近，進而實現天線的寬帶特性。其次，由于分形結構具有空間填充特性，使得微帶天線具有小型化的特性。分形結構擴展頻帶源于形成分形圖形的空間填充性和自相似性。經過分形后，圖形會包含一些細小的結構，這些結構產生了連續的諧振，形成了較寬的頻帶。增加迭代次數，進而達到超寬帶的要求。因此，分形天線技術極大促進了超寬帶天線技術的發展與應用。

本實用新型的基于分形結構的超寬帶天線，經文獻檢索，未見與本實用新型相同的公開報道。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術之不足，而提供一種基于分形結構的超寬帶天線。

如圖1所示，本實用新型的基于分形結構的超寬帶天線結構由介質板（3），印制在介質板一面上且直接連通的輻射單元（2）和饋電單元（4），以及印制在介質板另一面上的接地單元（6）構成，其中：

a.輻射單元上蝕刻的縫隙由一個位于中心位置的圓形縫隙和六個對稱分布的半圓形縫隙組成,?這樣的輻射單元實際是對一個圓形輻射單元經兩次分形而形成的；

b.接地單元（6）為梯形的金屬貼片，在其上底邊緣的中心位置蝕刻有一長方形槽（5）。

本實用新型與現有技術相比，具有如下優點：

1、具有超寬帶、多頻工作、方向性好、駐波比小，并且實現了良好阻抗匹配的優點。

2、結構簡單、尺寸緊湊、重量輕、損耗低，滿足平面設計的要求。

3、制作成本低、精度高、可重復性好，適合于小型化設備使用，便于批量生產。

附圖說明

圖1為本實用新型天線的正視圖結構示意圖。

圖2為本實用新型天線的后視圖結構示意圖。

圖3為本實用新型天線回波損耗的仿真和測試結果。

圖4-a和圖4-b分別為在2.5GHz時E面和H面仿真與測量的輻射方向圖。

圖5-a和圖5-b分別為在6.5GHz時E面和H面仿真與測量的輻射方向圖。

圖6-a和圖6-b分別為在9.75GHz時E面和H面仿真與測量的輻射方向圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步的說明，如圖1所示。

本實用新型的基于分形結構的超寬帶天線，由介質板3，印制在介質板一面上且直接連通的輻射單元2和饋電單元4，以及印制在介質板另一面上的接地單元6構成，其中：

a.輻射單元上蝕刻的縫隙由一個位于中心位置的圓形縫隙和六個對稱分布的半圓形縫隙組成,?這樣的輻射單元實際是對一個圓形輻射單元經兩次分形而形成的；

b.接地單元6為梯形的金屬貼片，在其上底邊緣的中心位置蝕刻有一長方形槽5。

該天線使用FR-4介質板，其相對介電常數為4.4，介質損耗角正切為0.02，采用漸變性的微帶線進行饋電，初始的圓形輻射片的半徑R為10mm。本實用新型的天線尺寸大小為40mm*30mm*1.6mm。

本實用新型天線通過增加迭代次數來增加天線的頻帶的諧振頻率點，不斷增加帶寬。

本實用新型天線采用微帶線進行饋電。仿真和測試的回波損耗如圖3所示，在滿足回波損耗小于-10dB的條件下，實現2.7GHz、4.8GHz、7.9GHz、9.4GHz的四個諧振頻率，工作頻帶為2.2GHz-10.2GHz。不僅覆蓋了超寬帶頻段中的3.1GHz-?10.2GHz，而且還覆蓋了TD-SCDMA中的2300MHz-2400MHz頻段、WCDMA中的2130MHz-2135MHz頻段、LTE中的2300MHz-2400MHz和2570MHz-2620MHz頻段、WLAN(2400MHz-2485MHz，及5150MHz-5825MHz)多個通信工作頻段，且能夠實現良好的阻抗匹配。此外，本實用新型的天線具有緊湊型的結構，能夠很容易的集成到UWB設備中。