[發(fā)明專(zhuān)利]一種電小尺寸分形單極子天線

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510018878.2
• 申請(qǐng)日: 2015-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104701605B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李道鐵
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東盛路通信科技股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q1/36
• 分類(lèi)號(hào): H01Q1/36;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q9/42
• 代理公司: 佛山東平知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙)44307
• 代理人: 詹仲?lài)?guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及通信天線設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電小尺寸分形單極子天線。

背景技術(shù)

天線是無(wú)線通信系統(tǒng)中最重要的部件之一。由于天線具有與工作波長(zhǎng)可比擬的尺寸，因此當(dāng)頻率很低時(shí)，它的尺寸往往很大，如岸潛極低頻(VLF)通信天線、坦克超高頻(UHF)通信單鞭天線等。小型化和輕量化是現(xiàn)代無(wú)線通信設(shè)備始終追求的目標(biāo)，天線已成為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵和瓶頸之一。當(dāng)為了適應(yīng)安裝空間而將天線尺寸設(shè)計(jì)成遠(yuǎn)小于工作波長(zhǎng)如小于0.1·λ甚至更小(電小天線)時(shí)，如尋呼機(jī)內(nèi)置電小環(huán)天線，天線性能如帶寬、增益、效率等指標(biāo)會(huì)大大降低。尤其是電小尺寸天線，其輸入阻抗通常實(shí)部R_A很小，虛部X_A則有很大的電抗分量，使得與標(biāo)準(zhǔn)50Ω同軸饋線匹配變得十分困難。這會(huì)引起天饋?zhàn)杩箛?yán)重失配，造成天線反射損耗很大，因而增益和效率極低，例如常見(jiàn)的車(chē)載AM/FM廣播天線。為了彌補(bǔ)小型化所帶來(lái)的性能惡化，電小天線通常加載有源放大電路，將天線接收到的微弱信號(hào)放大數(shù)倍后再輸入處理電路，從而達(dá)到近電尺度天線所具備的接收效果。然而，有源電小天線是僅考慮接收效果改善而不注重工作效率的一種天線。若用作發(fā)射天線，有源天線極低的效率使得其在工程實(shí)踐中無(wú)法使用，因此常用作接收天線。

綜上所述，要改善電小天線的性能，首先得提高其輸入阻抗，使其接近于50Ω，并努力降低Q值以增大帶寬。這有賴(lài)于良好精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合適的材料選用，這跟任何其他類(lèi)型天線設(shè)計(jì)一樣。電小天線也常采用加載集總元件如電阻、電感和電容的方法實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，然而集總元件自身的高Q值和損耗會(huì)造成天線帶寬及效率大大降低。而其他小型化方法如幾何彎折、高介電常數(shù)材料、磁性材料等，則會(huì)造成輸入阻抗減小、帶寬變窄、增益和效率下降等。分形是近二十年以來(lái)新出現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)天線小型化的有效方法，它利用分形幾何的自相似性(self-similarity)和空間填充性(space-filling)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線的多諧頻和小型化。分形天線能在保持輻射特性基本不變的情況下，使幾何尺寸顯著縮減。然而，與常規(guī)幾何彎折一樣，分形天線在實(shí)現(xiàn)諧振頻率顯著降低的同時(shí)，其輸入電阻也將大大減小。

鑒于電小天線是工程應(yīng)用中的一類(lèi)重要天線，如何提升其性能成為天線研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在為UHF超高頻通信提供一種電小尺寸、全向性、高增益、高效率的移動(dòng)終端天線，并為一般的電小尺度線天線提供一種與50Ω標(biāo)準(zhǔn)阻抗實(shí)現(xiàn)理想匹配的方法。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：一種電小尺寸分形單極子天線(長(zhǎng)-0.049·λ_c，寬-0.041·λ_c，高-0.068·λ_c；λ_c為諧振頻率)，其特征在于，它包括設(shè)置有同軸線饋電孔和同軸線的圓形金屬地板、直立于金屬地板上的天線輻射體。天線輻射體包括：分別由兩條經(jīng)一次迭代的周期性圓弧格西普·皮亞諾分形曲線導(dǎo)體構(gòu)造的輻射體、分別與兩分形導(dǎo)線連接的左右相互對(duì)稱(chēng)的兩條倒L形導(dǎo)體段、連接于左側(cè)的倒L形導(dǎo)體水平中段的豎直圓柱螺旋一、連接于右側(cè)的倒L形導(dǎo)體水平中段的豎直圓柱螺旋二，以及連接于兩豎直圓柱螺旋底端的水平圓環(huán)；其中一條圓弧格西普·皮亞諾分形曲線輻射體直接短路至金屬地板，另一條圓弧格西普·皮亞諾分形曲線輻射體則與50Ω饋電同軸線連接。

作為上述方案的進(jìn)一步說(shuō)明，所述圓弧格西普·皮亞諾分形曲線輻射體的頂端加載倒L形導(dǎo)體段，倒L形導(dǎo)體段的豎直部位下端連接圓弧格西普·皮亞諾分形曲線輻射體的頂端。

一種電小尺寸分形單極子天線，其特征在于，它的設(shè)置方式包括以下步驟：

步驟一，在XOZ平面構(gòu)造一條寬度為W_i、水平長(zhǎng)度為L(zhǎng)₀和迭代次數(shù)為I_i的格西普·皮亞諾平面分形曲線(Guiseppe Peano Curve)，各次迭代I_i的水平長(zhǎng)度l_i與豎直高度m_i之比為δ_i＝l_i/m_i(i為迭代次數(shù)I_i)；

步驟二，在直角坐標(biāo)系下，按照步驟一所述方法，用直徑為W₁的導(dǎo)線構(gòu)造一條一次迭代I₁圓弧格西普·皮亞諾空間分形曲線，其水平段和豎直段分別為圓弧段和直線段，圓弧半徑和弧度分別為R₀和