一种小型化Koch分形天线及其设计方法

摘要

本发明针对上述问题提出了一种小型化Koch分形天线，包括辐射体、接地板、介质基板、馈线、感应环和覆盖膜；辐射体和感应环分别固定在接地板的正反两面；覆盖膜固定在辐射体的上方；覆盖膜上对称的设有两个开窗；两根馈线一端固定在覆盖膜的上表面上，另一端分别穿过两个开窗与辐射体上的馈线接触位相接触；接地板的数量为两个，分别固定在感应环的两侧，具有很好的带宽特性；在辐射方向性、增益和效率方面可以满足移动终端天线的要求，减小了天线的体积，降低了成本。

说明书

技术领域

本发明属于一种小型化Koch分形天线及其设计方法，属于移动通信系统和通用系统频域。

背景技术

分形天线是几何属性上具有分形特征的天线，是分形电动力学的众多应用之一。国外在分形天线单元和分形天线阵列研究方面已取得实质性进展，但国内在这方面的研究还很少，分形天线是分形理论和天线技术的融合，表现出与传统天线相比的许多优势，是近几年天线领域的研究热点。分形天线的研究和应用，在军事和民用方面都有着巨大的潜力，尤其在无线、卫星和移动通信系统中将会发挥巨大的作用，有着非常广阔的市场前景。传统的微带天线要实现多频段工作通常需要采用多个辐射单元或电抗性负载贴片或多频介质谐振天线，这些都增加了天线的复杂性和制作的难度及成本。现代无线通信要求用低剖面、小尺寸、多频带(宽频带)、可集成的天线，分形天线能更好的满足这种要求。分形是一种与标度无关的几何，具有自相似性(self-similarity)和空间填充性(space-filling)，通过迭代产生的分数维自相似结构，其整体与局部、局部与局部之间都具有自相似性，这意味着分形天线形状在不同的尺度变化下保持相似性，从而具有相似的电特性，形成多频带天线。由于分形几何两个独特的特征，使得分形天线在尺寸大小和频带宽窄以及多频带等方面的性能与传统天线相比有了极大的改善，解决了传统天线的两个局限性：(1)传统天线的性能都依赖于天线的电尺寸。这意味着对于固定的天线尺寸，主要天线参数(增益、输入阻抗、方向图和副瓣电平等)将随着工作频率的改变而改变。分形的自相似性使分形天线可具有多频和宽频特性。(2)分形的空间填充性，使一些天线的尺寸得到减缩。传统的天线在几何形状上基本上都是基于欧几里德几何的设计。虽然，随着天线技术的不断发展出现了微带天线，具有低剖面、重量轻、成本低，可与各种载体共形，适合印刷电路板技术批量生产、易于实现圆极化、双极化、双频段工作等优点，但其致命的缺点是窄带性，从而限制了它的广泛应用。因此，迫切需要运用新的理论和方法，探索现代天线的设计，解决传统的天线设计中出现的问题和矛盾。

专利201610326458.5公开了一种用于移动终端的多频段新型Koch分形天线，虽然起到了增强作用，但是其体积较大，无法适应现代社会对于小型化天线的需求。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种小型化Koch分形天线，具有很好的带宽特性；在辐射方向性、增益和效率方面可以满足移动终端天线的要求，减小了天线的体积，降低了成本。

具体的技术方案如下：

一种小型化Koch分形天线，包括辐射体、接地板、介质基板、馈线、感应环和覆盖膜；

辐射体和感应环分别固定在接地板的正反两面；

覆盖膜固定在辐射体的上方；

覆盖膜上对称的设有两个开窗；

两根馈线一端固定在覆盖膜的上表面上，另一端分别穿过两个开窗与辐射体上的馈线接触位相接触；

接地板的数量为两个，分别固定在感应环的两侧。

上述一种小型化Koch分形天线，其中，所述感应环为等边三角形结构。

一种小型化Koch分形天线的涉及方法，其步骤如下：

(1)利用Koch分形方法，对主辐射单元进行两次分形设计；0阶Koch分形结构为一等边三角形结构，1阶Koch分形结构为一正一反同心设置的等边三角形合并成的六角星结构；2阶Koch分形结构以1阶Koch分形结构为基础，将六角星的每个角视为一个等边三角形，则在各个角处反置一个等尺寸等边三角形合并再次形成六角星结构，且该六角星结构中内部三个角与1阶Koch分型结构重叠形成最终的Koch分形结构主辐射单元；

(2)去除主辐射单元中呈中心对称的两个支辐射单元，在顶端中间位置开设截面为等腰梯形结构的缺口；

(3)在两个缺口之间设置馈线接触位，用于与馈线相接触。

本发明的有意效果为：

本发明具有很好的带宽特性；在辐射方向性、增益和效率方面可以满足移动终端天线的要求，减小了天线的体积，降低了成本。

附图说明

图1为本发明剖视图。

图2为本发明辐射体结构图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

附图标记

辐射体1、接地板2、介质基板3、馈线4、感应环5、覆盖膜6、开窗7、缺口8、馈线接触位9。

如图所示一种小型化Koch分形天线，包括辐射体1、接地板2、介质基板3、馈线4、感应环5和覆盖膜6；

辐射体和感应环分别固定在接地板的正反两面，所述感应环为等边三角形结构；

覆盖膜固定在辐射体的上方；

覆盖膜上对称的设有两个开窗7；

两根馈线一端固定在覆盖膜的上表面上，另一端分别穿过两个开窗与辐射体上的馈线接触位相接触；

接地板的数量为两个，分别固定在感应环的两侧。

一种小型化Koch分形天线的涉及方法，其步骤如下：

(1)利用Koch分形方法，对主辐射单元进行两次分形设计；0阶Koch分形结构为一等边三角形结构，1阶Koch分形结构为一正一反同心设置的等边三角形合并成的六角星结构；2阶Koch分形结构以1阶Koch分形结构为基础，将六角星的每个角视为一个等边三角形，则在各个角处反置一个等尺寸等边三角形合并再次形成六角星结构，且该六角星结构中内部三个角与1阶Koch分型结构重叠形成最终的Koch分形结构主辐射单元；

(2)去除主辐射单元中呈中心对称的两个支辐射单元，在顶端中间位置开设截面为等腰梯形结构的缺口8；

(3)在两个缺口之间设置馈线接触位9，用于与馈线相接触。