[发明专利]一种小型化分形超宽带对称环-振子组合天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种小型化分形超宽带对称环-振子组合天线，属于微波技术领域。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的发展，超宽带通信技术备受重视。一般认为，相对带宽超过25%的天线属于超宽带天线，超宽带通信技术具有传输速率高、抗干扰性能强、带宽极宽、保密性好、成本低廉等特点，在无线通信、微波成像等诸多领域具有广阔的应用前景。另一方面，针对超宽带通信而言，不仅要求超宽带天线在其工作频带内具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性、相对平坦的增益特性和极化特性，而且希望天线体积足够小、成本低廉、便于加工与安装。

传统的超宽带天线，如螺旋天线、对数周期天线和圆锥天线等，虽然都具有超宽带特性，但是，它们有的是立体结构，不利于小型应用。为了实现天线的小型化，在保证天线在工作频带内具有良好的阻抗匹配特性、稳定的辐射方向性、相对平坦的增益特性和极化特性条件下，为了提高天线的增益，使得其最大辐射波束指向平行于天线所在平面的方向上（即：端射特性）、以满足“点对点”应用（如：短距离的高速文件读写系统）的需要，本发明将提出一种新的小型化分形超宽带天线结构。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于针对背景技术存在的问题，提出一种由分形构成的对称振子和对跖槽线辐射单元的组合天线，该组合天线对比未加分形结构天线，具有更好的低频特性，其结构新颖、体积小、剖面尺寸极低且便于制作实现，能够直接与前端射频电路集成在一起。

本发明为解决以上技术问题采用如下技术方案：

一种小型化分形超宽带对称环-振子组合天线，包括介质基板（1）、顶层对跖槽线辐射单元（2）、底层对跖槽线辐射单元（3）、顶层振子单元（4）、底层振子单元（5）；所述顶层对跖槽线辐射单元（2）与顶层振子单元（4）构成顶层辐射单元印刷设置在介质基板（1）的顶层，所述底层对跖槽线辐射单元（3）与底层振子单元（5）构成底层辐射单元印刷设置在介质基板（1）的底层，其中顶层辐射单元与底层辐射单元结构与尺寸相同，并且相对于介质基板（1）反对称排布；所述顶层振子单元（4）与底层振子单元（5）都具有分形结构（7）；所述分形结构（7）包括上边沿水平分形结构（8）、下边沿水平分形结构（9）、垂直分形结构（10）；所述上边沿水平分形结构（8）与下边沿水平分形结构（9）沿振子单元中线对称；所述上边沿水平分形结构（8）包括：在底层振子单元（4）与顶层振子单元（5）的上边沿各挖三个长方形分别形成第一凹形区（11）、第二凹形区（12）、第三凹形区（13），在第二凹形区(12)的三条边上各加设一个正方形区域（15），在第一凹形区(11)通往第二凹形区（12）的边沿上，第二凹形区（12）通往第三凹形区（13）的边沿上，以及第三凹形区（13）通往振子单元垂直侧边的边沿上各加设一个正方形区域（15）；所述垂直分形结构（10）包括：在顶层振子单元（4）与底层振子单元（5）的垂直边处各加设两个正方形区域（14），在两个正方形区域（14）的中间沿垂直线上加设一个正方形区域（15）；在两个正方形区域（14）的上下边各加设一个正方形区域（15）；所述顶层对跖槽线辐射单元（2）与底层对跖槽线辐射单元（3）均为对跖半环路辐射单元，通过金属化过孔（6）上下连通，形成一个对称环；所述顶层对跖槽线辐射单元（2）与底层对跖槽线辐射单元（3）各具有一个上斜边，在上斜边的中点处挖去一个长方形区域（16）。

作为本发明的小型超宽带对称环-振子组合天线进一步的优化：所述介质基板（1）的介电常数范围为2-20。

所述第一凹形区（11）、第三凹形区（13）的尺寸为：长：1-1.5mm，宽：0.3-0.5mm；所述第二凹形区（12）的长：1-2mm,宽：0.5-1mm；垂直分形结构（10）中正方形区域（14）的边长：0.8-1.2mm；正方形（15）边长：0.2-0.5mm；长方形区域（16）的长：2.5-3.5mm,宽：0.5-1.5mm。

作为本发明的小型超宽带对称环-振子组合天线进一步的优化：所述底层对跖半环路辐射单元（3）的渐变结构与顶层对跖半环路辐射单元（2）的渐变结构之间均分别具有下倾角（17）和上倾角（18）；其中所述下倾角（17）的范围为：86°到90°，所述上倾角（18）的范围为：21°到31°；所述顶层振子单元（4）与底层振子单元（5）均具有馈电点倾角（19）；其中所述馈电点倾角（19）的范围为：13°到81°。

作为本发明的小型超宽带对称环-振子组合天线进一步的优化：所述金属化过孔的个数为1-5个。