一種電小尺寸分形單極子天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及通信天線設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種電小尺寸分形單極子天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 天線是無線通信系統(tǒng)中最重要的部件之一。由于天線具有與工作波長可比擬的 尺寸，因此當(dāng)頻率很低時，它的尺寸往往很大，如岸潛極低頻（VL巧通信天線、坦克超高頻 扣H巧通信單鞭天線等。小型化和輕量化是現(xiàn)代無線通信設(shè)備始終追求的目標(biāo)，天線已成為 實現(xiàn)該目標(biāo)的關(guān)鍵和瓶頸之一。當(dāng)為了適應(yīng)安裝空間而將天線尺寸設(shè)計成遠小于工作波長 如小于0.1?A甚至更小（電小天線）時，如尋呼機內(nèi)置電小環(huán)天線，天線性能如帶寬、增 益、效率等指標(biāo)會大大降低。尤其是電小尺寸天線，其輸入阻抗通常實部Ra很小，虛部XJW 有很大的電抗分量，使得與標(biāo)準(zhǔn)50Q同軸饋線匹配變得十分困難。該會引起天饋阻抗嚴(yán)重 失配，造成天線反射損耗很大，因而增益和效率極低，例如常見的車載AM/FM廣播天線。為 了彌補小型化所帶來的性能惡化，電小天線通常加載有源放大電路，將天線接收到的微弱 信號放大數(shù)倍后再輸入處理電路，從而達到近電尺度天線所具備的接收效果。然而，有源電 小天線是僅考慮接收效果改善而不注重工作效率的一種天線。若用作發(fā)射天線，有源天線 極低的效率使得其在工程實踐中無法使用，因此常用作接收天線。
[0003] 綜上所述，要改善電小天線的性能，首先得提高其輸入阻抗，使其接近于50Q，并 努力降低Q值W增大帶寬。該有賴于良好精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計和合適的材料選用，該跟任何其 他類型天線設(shè)計一樣。電小天線也常采用加載集總元件如電阻、電感和電容的方法實現(xiàn)阻 抗匹配，然而集總元件自身的高Q值和損耗會造成天線帶寬及效率大大降低。而其他小型 化方法如幾何彎折、高介電常數(shù)材料、磁性材料等，則會造成輸入阻抗減小、帶寬變窄、增益 和效率下降等。分形是近二十年W來新出現(xiàn)的實現(xiàn)天線小型化的有效方法，它利用分形幾 何的自相似性（self-similarity)和空間填充性（space-filling)來實現(xiàn)天線的多諧頻和 小型化。分形天線能在保持福射特性基本不變的情況下，使幾何尺寸顯著縮減。然而，與常 規(guī)幾何彎折一樣，分形天線在實現(xiàn)諧振頻率顯著降低的同時，其輸入電阻也將大大減小。
[0004] 鑒于電小天線是工程應(yīng)用中的一類重要天線，如何提升其性能成為天線研究領(lǐng)域 中的一個重要方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在為UHF超高頻通信提供一種電小尺寸、全向性、高增益、高效率 的移動終端天線，并為一般的電小尺度線天線提供一種與50Q標(biāo)準(zhǔn)阻抗實現(xiàn)理想匹配的 方法。
[0006] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)解決方案來實現(xiàn)上述目的：一種電小尺寸分形單極子天線 (長-0. 049 ?AC，寬-0. 041 ?AC，高-0. 068 ?AC;AC為諧振頻率），其特征在于，它包括 設(shè)置有同軸線饋電孔和同軸線的圓形金屬地板、直立于金屬地板上的天線福射體。天線福 射體包括：分別由兩條經(jīng)一次迭代的周期性圓弧格西普?皮亞諾分形曲線導(dǎo)體構(gòu)造的福射 體、分別與兩分形導(dǎo)線連接的左右相互對稱的兩條倒L形導(dǎo)體段、連接于左側(cè)的倒L形導(dǎo) 體水平中段的豎直圓柱螺旋一、連接于右側(cè)的倒L形導(dǎo)體水平中段的豎直圓柱螺旋二，W 及連接于兩豎直圓柱螺旋底端的水平圓環(huán)；其中一條圓弧格西普?皮亞諾分形曲線福射體 直接短路至金屬地板，另一條圓弧格西普?皮亞諾分形曲線福射體則與50 Q饋電同軸線連 接。
[0007] 作為上述方案的進一步說明，所述圓弧格西普?皮亞諾分形曲線福射體的頂端加 載倒L形導(dǎo)體段，倒L形導(dǎo)體段的豎直部位下端連接圓弧格西普?皮亞諾分形曲線福射體 的頂端。
[000引一種電小尺寸分形單極子天線，其特征在于，它的設(shè)置方式包括W下步驟：
[0009]步驟一，在XOZ平面構(gòu)造一條寬度為Wi、水平長度為L。和迭代次數(shù)為Ii的格西 普?皮亞諾平面分形曲線（Guis巧pe化ano化rve)，各次迭代li的水平長度與豎直高 度叫之比為5 1= 1 為迭代次數(shù)li);
[0010] 步驟二，在直角坐標(biāo)系下，按照步驟一所述方法，用直徑為Wi的導(dǎo)線構(gòu)造一條一次 迭代Ii圓弧格西普?皮亞諾空間分形曲線，其水平段和豎直段分別為圓弧段和直線段，圓 弧半徑和弧度分別為R。和婷；
[0011] 步驟=，按照步驟二所述方法，沿著+Z軸方向依次構(gòu)造出N條一次迭代Ii圓弧 格西普?皮亞諾分形曲線；然后，將該些單元分形曲線首尾相連，構(gòu)成一條更長的、周期性 格西普?皮亞諾分形曲線；其豎直高度H等于各單元高度與初始段高度的總和，即H = 1〇+ (2 ?化 1) ? li (N 為單元數(shù)目，N > 1);
[0012] 步驟四，將步驟S中的N單元周期性分形曲線沿Y0Z平面進行鏡像復(fù)制，復(fù)制后左 右兩部分狂軸負(fù)/正半軸部分）間隔距離為S;
[0013] 步驟五，在步驟四所述的兩條空間分形曲線末端（頂端）分別加載兩條相同的倒 L形導(dǎo)體段，其前段豎直部分高為li，后段水平部分長為1 ;
[0014] 步驟六，在步驟五所述的兩條倒L形導(dǎo)體水平段的末端分別加載一個長、寬、厚分 別Lp、Wp、Tp為的豎直導(dǎo)體板，兩導(dǎo)體板間隔距離為（s-Tp);步驟走，在步驟五所述的兩條倒 L形導(dǎo)體水平段中間偏豎直段位置分別加載一個豎直圓柱螺旋，螺旋直徑、升角和線徑分別 為Dh、ah、Wh，旋向為左旋或右旋；
[0015] 步驟八，將步驟走所述的兩條圓柱螺旋底端用一個直徑和線徑分別為町和Wj勺圓 環(huán)連接，連接點位于圓環(huán)的水平直徑上；
[0016] 步驟九，在天線底端水平放置一個金屬地板，金屬地板上表面與步驟四所述巧軸 部分的N單元周期性格西普?皮亞諾分形曲線始端平齊；
[0017] 步驟十，在步驟九所述的圓形金屬地板與分形曲線始端平齊位置鉆一圓孔，孔徑 等于50 Q標(biāo)準(zhǔn)同軸線外導(dǎo)體內(nèi)徑D。，在該孔處安裝帶法蘭盤的同軸連接頭，如SMA型、N型、 BNC型、TNC型頭；
[0018] 步驟十一，將步驟四所述的-X軸部分N單元周期性格西普?皮亞諾分形曲線末端 則短路到金屬地板。
[0019] 作為上述方案的進一步說明，電小分形單極子天線選用的分形曲線類型為一次迭 代格西普?皮亞諾分形曲線II。
[0020] 優(yōu)選地，電小分形單極子天線采用空間圓弧而非平面折線形式的一次迭代格西 普?皮亞諾分形曲線II來實現(xiàn)天線尺寸更顯著的小型化。
[0021] 優(yōu)選地，電小分形單極子天線采用兩臂對稱、折合的形式W實現(xiàn)阻抗加倍。
[0022] 優(yōu)選地，所述電小分形單極子天線采用分布式電容電感串聯(lián)加載的方法來實現(xiàn)電 小尺寸下的理想阻抗匹配。
[0023] 優(yōu)選地，迭代格西普?皮亞諾分形曲線的制作材料是寬度為Wi的印制導(dǎo)線或直徑 為Di的金屬導(dǎo)線。
[0024] 優(yōu)選地，所述金屬地板形狀為圓形、楠圓、方形或正多邊形。
[0025] 優(yōu)選地，電小分形單極子天線的分形曲線、加載的圓柱螺旋電感W及金屬地板采 用銅、侶或不誘鋼材料制作。
[0026] 本發(fā)明采用上述技術(shù)解決方案所能達到的有益效果是：
[0027] 本發(fā)明獨特地采用分形幾何和分布式加載相結(jié)合的方法，使常規(guī)的超高頻UHF頻 段單極子天線僅依靠精巧的結(jié)構(gòu)設(shè)計即在較寬頻帶內(nèi)實現(xiàn)了電小尺寸工作（<<〇.1?入； 長-0.049 ?AC，寬-0.041 ?AC，高-0.068 ?Ac;AC為諧振頻率）；帶內(nèi)阻抗匹配良好、方 向全向性好、增益和效率較高；尤其是諧振點，其輸入阻抗幾乎等于50Q，增益和效率分別 高達1. 5地i和95%。同時，本發(fā)明具有思路清晰、原理普適、結(jié)構(gòu)簡單、加工方便等特點等 優(yōu)點，使得單/偶極子天線該一天線領(lǐng)域中最原始、最簡單、應(yīng)用最廣泛的的天線類型能夠 應(yīng)用于極低、超低頻段，因而進一步擴展了其應(yīng)用領(lǐng)域；再者，本發(fā)明所提出的電小單極子 天線匹配方法同樣也適用于其他類型電小線天線的匹配。
【附圖說明】
[002引圖1為天線模型所采用的直角坐標(biāo)系定義示意圖；
[0029] 圖2為各次迭代平面格西普?皮亞諾分形曲線（Guis巧pe化ano化rve)示意圖； 圖2 (a)表示初始體或零次