[發明專利]一種基于希爾伯特分形的倒F多頻天線

在審

• 申請號: 201710864516.4
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107785657A
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發明（設計）人: 金杰;段雅瓊
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/48;H01Q1/50;H01Q5/10;H01Q5/28;H01Q5/307
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉子文

技術領域

本發明涉及天線領域，尤其涉及一種基于希爾伯特分形的倒F多頻天線。

背景技術

現代通信的發展對天線的小型化、多頻率諧振提出了越來越高的要求。天線小型化的一種方法是添加接地板,利用金屬導體的鏡像效應,可使天線的尺寸減小一半。采用倒F或倒L結構是天線小型化和低剖面設計的另一種行之有效的方法。然而倒F天線的頻帶利用率較低，只能在一個頻率段內顯示很好的匹配，用分形曲線來構建天線是近年來的熱門課題,人們常利用其空間填充能力來增加天線的電長度，提高天線的輻射能力，實現天線的多頻多模設計。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種新型的、在2.56GHz-2.68GHz、3.57GHz-3.68GHz及9.06GHz-9.24GHz頻段的基于希爾伯特分形的倒F多頻天線。該天線相較于一般的雙頻天線，尺寸大大縮減，適于無線通信系統及設備，是最近電磁領域、可穿戴設備領域研究的熱點，有極大的發展前景。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于希爾伯特分形的倒F多頻天線，包括介質基板、輻射貼片、接地板和饋電網絡，所述輻射貼片設置為基于希爾伯特分形的倒F形狀，所述介質基板的規格尺寸為110mm×50mm×0.8mm，由玻璃纖維環氧樹脂材料FR4構成，所述介質基板上設有過孔，介質基板的相對介電常數為4.4，介電損耗正切值為0.02；所述接地板位于于所述介質基板下側，規格尺寸為90mm×50mm，所述輻射貼片位于介質基板上表面，所述輻射貼片包括希爾伯特分形諧振部分、接地孔和激勵端口三部分，天線的接地孔通過所述過孔與接地板連接，所述激勵端口為饋電點。

所述接地孔和饋電點的距離為4-6mm，饋電網絡由寬度為0.2-0.4mm的微帶線構成。

所述諧振部分的尺寸范圍為(16～20)mm×(16～20)mm。

與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：

1.通過仿真分析得到本發明天線在2.6GHz、3.6GHz以及9.1GHz的諧振帶寬分別為120MHz、110MHz和180MHz，有效縮減了通信設備的天線數量,實現了天線的多頻功能。

2.采用倒F結構，利用金屬導體的鏡像效應，使天線的尺寸減小一半，實現了天線的小型化和低剖面設計，實現了小型化和多頻化的結合。

附圖說明

圖1(a)、圖1(b)是倒F天線及本發明的俯視結構示意圖。

圖2是本發明的側視結構示意圖。

圖3是希爾伯特迭代變換過程。

圖4是本發明具體實施例的結構尺寸示意圖。

圖5(a)、圖5(b)和圖5(c)為不同尺寸天線的回波損耗圖。

附圖標記：1-輻射貼片，2-過孔，3-介質基板，4-接地板，5-諧振部分，6-激勵端口，7-接地孔

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步的描述。

本發明保護一種基于希爾伯特分形的倒F多頻天線，包括介質基板3、輻射貼片1、接地板4和饋電網絡，輻射貼片1設置為基于希爾伯特分形的倒F形狀，由玻璃纖維環氧樹脂材料FR4構成，介質基板3上設有過孔2，其相對介電常數為4.4，介電損耗正切值為0.02；接地板4位于于介質基板3下側，輻射貼片1位于介質基板3上表面，輻射貼片1包括希爾伯特分形諧振部分5、接地孔7和激勵端口6三部分，天線的接地孔7通過所述過孔2與接地板4連接，激勵端口6為饋電點。

如圖1(a)所示，倒F天線的諧振部分平行于地面，有兩個拐彎處，這兩個拐彎處分別作為接地孔7與激勵端口6通過過孔2與地面相連，由于其形狀像一個面向地面的字母F，因此將此種天線稱為倒F天線。如圖1(b)所示，本天線由倒F天線的諧振部分經過希爾伯特變換而成的，希爾伯特變換過程如圖3所示，本天線采用的是希爾伯特三階變換結果，該曲線具有自相似性，可以增加天線的諧振頻率點，從而實現天線的多頻特性。

如圖4所示：該圖表示的是本實施例天線經過優化設計后的尺寸圖，具體尺寸參數如下：

L1＝18.5mm，L2＝2.31mm，L3＝20mm，W＝0.375mm，H＝2.5mm，GndX＝50mm，GndY＝90mm，S＝5mm，介質基板厚度為0.8mm。

進一步的，利用全波電磁仿真軟件HFSS，對天線的回波損耗進行了仿真并對其結構進行了優化。