[发明专利]一种类Sierpinski分形超宽带天线及其设计方法

说明书

本发明公开了类Sierpinski分形超宽带天线，包括介质基板，介质基板的一面上贴合有辐射单元、馈电单元和接地单元；辐射单元为经过至少3次迭代分形形成的分形贴片、第一分贴片、第二分贴片构成且为连通体的成形贴片，成形贴片上形成有蚀刻缝隙；馈电单元与辐射单元的底部连接；接地单元的顶边边缘的中心位置形成矩形凹槽，接地单元对称设置在馈电单元的两侧。天线经过3次迭代形成分形结构，通过圆环与正六边形嵌套，使得辐射贴片上的电流分布不局限于圆环边缘处，通过将正六边形切除中间圆形，并进行多次分形结构的迭代，极大地增加了辐射贴片表面电流的传播路径，有效地降低了谐振频率，从而减小了天线的物理尺寸。

技术领域

本发明属于无线通讯领域，尤其是涉及一种类Sierpinski分形超宽带天线及其设计方 法。

背景技术

超宽带技术(Ultra-Wideband,UWB)是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而 是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，其所占的频谱范围很宽，在3.1-10.6GHz频段中 占用500MHz以上的带宽。UWB技术具有设备功耗低、传输安全、抗干扰能力强、多径分辨能 力强等有点，使得UWB技术在射频、电路、系统及天线设计等领域中吸引了越来越多研究者 的兴趣。

与其他传统的无线通信技术(如RFID、WIFI等)相比，UWB是一种新型无载波无线通信 技术，即无需载波调制而是利用纳秒至微秒级的脉冲传输数据，相较于传统的窄带和宽带， 超宽带的频带更宽，因此极宽的带宽使得UWB技术在短距离范围内实现数百Mbit/s至数 Gbit/s数据传输速率，在定位测距中能够达到分米级的定位精度，适合室内复杂环境高精度 定位。

传统的UWB天线虽然各项性能指标均具有很宽的频带特性，但是天线尺寸大、剖面高等 缺陷限制了UWB技术的实际应用。为了满足当前电子产品日益小型化和便携化的要求，实现 超宽带天线的小型化设计是目前国内外的研究热点。而分型结构独有的自相似性和空间填充 性，可以有效扩宽天线带宽并减小尺寸，已然成为设计超宽带天线新方法。

但是，目前的超宽带天线的物理尺寸较大，不易于集成，因此，亟需设计中能够解决上 述技术问题的超宽带天线。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、尺寸小、性能稳定的类Sierpinski分形超宽带天线。

本发明的技术方案如下：

一种类Sierpinski分形超宽带天线，包括介质基板，所述介质基板的一面上贴合有辐射 单元、馈电单元和接地单元；

所述辐射单元为经过至少3次迭代分形形成的分形贴片、第一分贴片、第二分贴片构成 的且为连通体的成形贴片，所述成形贴片上形成有蚀刻缝隙；

所述馈电单元与所述辐射单元的底部连接；

所述接地单元设置在所述馈电单元的两侧，所述接地单元的顶边边缘的中心位置形成矩 形凹槽。

在上述技术方案中，所述分形贴片为Sierpinski分形结构。

在上述技术方案中，所述分形贴片为Sierpinski分形结构的3阶结构，1阶结构为圆环 与切除中间圆形的正六边形嵌套而成，2阶结构为1阶结构与缩小后的1阶结构的组合，3阶 结构为2阶结构、缩小后的2阶结构的组合。

在上述技术方案中，所述第一分贴片为圆形，圆形的第一分贴片嵌套在缩小后的2阶结 构内，所述第二分贴片为矩形，所述第一分贴片通过第二分贴片与所述缩小后的2阶结构连 接以构成成形贴片。

在上述技术方案中，所述第一分贴片与缩小后的2阶结构之间留有空隙，且在该空隙内 设置所述第二分贴片。

在上述技术方案中，所述馈电单元为矩形金属贴片，所述馈电单元的尺寸为 8.6-8.8mm*1.2-1.4mm，所述馈电单元位于所述介质基板的中线处，所述馈电单元的特征阻抗为50Ω。