超宽带小型化分形天线制造技术

本发明专利技术公开一种超宽带小型化分形天线，主要由接地板、双鞭天线和阻抗变换传输线构成；其中双鞭天线包括直立设置在接地板上的2根金属柱；阻抗变换传输线水平设置在接地板的上表面、且嵌在构成双鞭天线的2条金属柱之间；上述阻抗变换传输线包括2个或2个以上、并具有不同宽度的金属条，这些金属条随其自身宽度自小而大排列、并在金属条的长度方向上进行迭代连接，其中宽度最小的金属条与双鞭天线的1根金属柱连接、宽度最大的金属条与双鞭天线的另1根金属柱连接。本发明专利技术能够在有效降低天线尺寸的同时，保持较宽的频带、较高的辐射效率、较好的方向图特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种天线装置，具体涉及一种超宽带小型化分形天线。
技术介绍
目前，常利用四分之一波长单极、电小天线、或常规Hilbert分形结构来完成短波或超短波天线的设计。而上述设计方案又各存在一定的不足如利用四分之一波长单极设计短波或超短波天线，由于天线的长度与工作频率成反比，因此在所设计的天线需要具有较低的工作频率时，其天线的长度则较长，从而天线的机动性、可架设性、隐蔽性都比较差。 利用电小天线设计短波或超短波天线，会大大增加天线的Q值，降低天线的辐射效率，同时天线的带宽受限。采用常规Hilbert分形结构设计短波或超短波天线，虽能够降低天线的尺寸，但为了保证天线的移动性和可架设性，通常只采用1阶Hilbert曲线。而对于常规的 Hilbert分形结构而言，当天线的尺寸缩减到Ivi < 0. 5 0. 6 (k0为波数，a为包围天线的最小半径)以后，天线的辐射效率迅速降低，天线的工作带宽受限，而且天线馈电点的输入阻抗随频率变化剧烈，因而非常不利于匹配电路的设计。另外，由于分形而导致的曲流效应可能会造成天线具有较严重的交叉极化特性，进一步对方向图特性造成严重影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超宽带小型化分形天线，它能够在有效降低天线尺寸的同时，保持较宽的频带、较高的辐射效率、较好的方向图特性。为解决上述问题，本专利技术所设计的一种超宽带小型化分形天线，包括天线本体，所述天线本体主要由接地板、双鞭天线和阻抗变换传输线构成；其中双鞭天线包括直立设置在接地板上的2根金属柱；阻抗变换传输线水平设置在接地板的上表面、且嵌在构成双鞭天线的2条金属柱之间；上述阻抗变换传输线包括2个或2个以上、并具有不同宽度的金属条，这些金属条随其自身宽度自小而大排列、并在金属条的长度方向上进行迭代连接，其中宽度最小的金属条与双鞭天线的1根金属柱连接、宽度最大的金属条与双鞭天线的另1根金属柱连接。上述方案中，所述金属条为长方形或正方形。上述方案中，所述金属条可以由平行双导线、或微带线、或带状线之一构成。上述方案中，所述金属条最好由微带线构成。上述方案中，所述天线本体还包括馈源，该馈源位于阻抗变换传输线的其中一端。上述方案中，所述馈源位于阻抗变换传输线与双鞭天线的其中1根金属柱的相交处。上述方案中，所述馈源最好位于阻抗变换传输线的最小宽度金属条与双鞭天线的金属柱的相交处。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点1、通过双鞭天线和阻抗变换传输线构成改进型Hilbert分形结构，从而大大限制了常规Hilbert天线中的曲流效应，使得天线的辐射主要由双鞭天线产生，幅度降低了天线的交叉极化水平，在宽频带范围内天线都具有较好的方向图特性；此外，天线的工作频带可以通过改变双鞭天线的高度以及阻抗变换传输线的长度和特性阻抗来调整；2、由于阻抗变换传输线采用高阻抗线结构，在设计中改变高阻抗线中不同段的特性阻抗，可以实现宽频带工作，在120MHz 300MHz的频率范围内，电压驻波比彡3 ；3、选择合适的馈电点位置，天线馈电点的输入阻抗特性得到了很大的改善，其输入阻抗的实部变化趋于平坦，虚部的电抗值也大幅度减小且变化范围变小，有利于进一步设计匹配电路；如果进一步设计匹配电路，电压驻波比< 3的频率范围达到15个倍频程，为 20 300MHz，实现超宽带。附图说明图1为本专利技术一种超宽带小型化分形天线的结构示意图；图2为阻抗变换传输线的等效电路图；图3为单根单极子天线的等效电路图；图4为图1的等效电路图。图中标号1、接地板；2、双鞭天线；3、阻抗变换传输线；4、馈源。 具体实施例方式参见图1，本专利技术一种超宽带小型化分形天线，主要由接地板1、双鞭天线2、阻抗变换传输线3构成。其中双鞭天线2包括直立设置在接地板1上的2根金属柱；阻抗变换传输线3水平设置在接地板1的上表面、且嵌在构成双鞭天线2的2条金属柱之间。上述阻抗变换传输线3包括2个或2个以上、并具有不同宽度的金属条，这些金属条随其自身宽度自小而大排列、并在金属条的长度方向上进行迭代连接，其中宽度最小的金属条与双鞭天线2 的1根金属柱连接、宽度最大的金属条与双鞭天线2的另1根金属柱连接。双鞭天线2和阻抗变换传输线3构成改进型Hi Ibert分形结构，这样能够在有效降低天线尺寸的同时，保持较宽的频带、较高的辐射效率、较好的方向图特性；而其中阻抗变换传输线3采用η阶形式，使得天线的工作频带能够通过改变双鞭天线2的高度以及阻抗变换传输线3的长度和特性阻抗来进行调整。2根金属柱构成一对双鞭天线2，即2根单极子天线构成一对偶极子天线，该结构与传统结构大体相同。阻抗变换传输线3跨接在双鞭天线2的2根单极子天线之间，阻抗变换传输线3的结构决定天线的输入阻抗和方向图。在本专利技术中，通过阻抗变换传输线3的结构即金属条结构实现分形，以实现天线工作带宽的展宽，即将η个具有不同宽度的金属条进行首尾顺次连接，即构成了 2根单极子天线之间的η阶改进型Hilbert分形结构。所述金属条呈长方形或正方形，并可以由实心的金属块或中空的金属线构成。在本专利技术中，所述金属条由平行双导线、或微带线、或带状线构成。为了减少阻抗变换传输线3的辐射对天线极化性能和方向图特性的影响，在本专利技术优选实施例中，阻抗变换传输线3与接地板1形成微带线结构又叫高阻抗线，这样流经阻抗变换传输线3上的电流产生的场绝大部分被限制在阻抗变换传输线3和接地板1之间，使阻抗变换传输线3上流经的电流在空间的辐射场强大大降低，从而降低了天线的交叉极化特性。因此天线的方向图特性能得到极大改善。为了改善天线的输入阻抗特性，需为天线选择合适的馈源4位置，其具体位置根据天线的输入阻抗等于馈线的特性阻抗来确定。在本专利技术中，所述馈源4位于阻抗变换传输线3的其中一端即靠近双鞭天线2的金属柱处。作为优化，所述馈源4应恰好位于阻抗变换传输线3与双鞭天线2的其中1根金属柱的相交处。馈源4位于阻抗变换传输线3的最小宽度金属条与双鞭天线2的金属柱的相交处或位于馈源4位于阻抗变换传输线3的最大宽度金属条与双鞭天线2的金属柱的相交处，但两处馈源4点需要设计不同的匹配电路。 为了得到最优的输入阻抗特性，在本专利技术优选实施例中，所述馈源4位于阻抗变换传输线3 的最小宽度金属条与双鞭天线2的金属柱的相交处。图2为阻抗变换传输线3的等效电路图，其中阻抗变换传输线3为3阶形式。图中，Z01, Ζ0α_1);Ζ0 , Ztln分别对应各段微带线的特性阻抗，表示为60 ι (Sh，ln| — + 0.252hJ\-1/2ζ、2·12/0 +0.0411-fW1Vh 彡 1\WJh + l393 + Q.661\n{WJh + l .4444)]+1 , sr-l/ \-l/2 f h Λ1 + 12.W1W1-/h ^ 12 2上式中h为微带线介质板的厚度，Wi为第i金属条的宽度，ε r为介质板的介电常数。图3为单根单极子天线的等效电路，图中两并联谐振电路R1, L1, C1以及R2，L2, C2 分别表示偶极子天线的第一个和第二个谐振频率。则该电路的输入阻抗Zin为偶极子天线的输入阻抗，简要表示为Zin = ri+jXl。图4为图1的等效电路图，其中为图3所示的偶极子天线的输入阻抗，Ztll…本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李思敏，曹卫平，刘扬清，高喜，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：