[发明专利]一种树状微带天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种树状微带天线，属于无线电设备中的天线领域。

背景技术

天线是无线电设备中的关键部件，它承担着能量转换功能和定向辐射或接收的作用，直接决定电磁能量在空间传输的效率，影响整个无线系统工作效果。随着移动通信事业的蓬勃发展，对天线性能提出了许多特殊的和苛刻的要求。例如在无线通信系统中，要求天线要同时具备宽带化、结构小型化、结构简单、容易大批量加工制作和成本低廉等性能。传统的天线类型很难同时满足上述所有性能要求。

树是自然界大量存在的一类植物，受其形态启发，天线设计者们设计了树状天线，在天线宽带、小型化等方面取得了一些成果：

1.基于分形理论研制的分形树天线，包括二叉分形树天线、三叉分形树天线、三维分形树等多类，既有金属线天线结构，也有微带结构。利用分形理论设计分形树天线，其结构比较规则，结构参数较少，因此降低的天线设计难度，但其结构自由度不高，在天线性能提高上存在一定的局限型。

2.天线设计者采用金属线天线结构，设计了有三维结构自由度的树状天线。但天线加工涉及金属机械加工，三维结构自由度造成在加工难以准确地对树状天线中的树枝定位，因此加工难度大，不利于树状天线在工程中广泛推广应用。

树状天线有较多研究报导，如：《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS ANDPROPAGATION》第8期25卷(2004)论文“Miniature Reconfigurable Three-Dimensional FractalTree Antennas”通过终点加载的方法减小了三维单极子分形树天线结构尺寸；《ELECTRONICS LETTERS》第25期32卷(2008)论文“Multiband properties of a fractal treeantenna generated by electrochemical deposition”利用电极沉积技术实现一种二维的多频带分形树天线；《IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION》第4期55卷(2008)论文“Study of an Electrochemically-Deposited 3-DRandom Fractal Tree-MonopoleAntenna”利用电极沉积技术实现了三维的多频带分形树天线。D.S.Linden在其博士毕业论文“Automated Design and Optimization of Wire Antennas using Genetic Algorithms”(MIT，Sep.1997)中采用遗传算法设计了采用金属线天线结构的树状天线。但天线加工制作难度大，没有在工程中广泛推广应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种新型树状微带天线。其特点是采用微带结构和印刷技术制作二维平面结构的树状天线。

本发明目的由以下技术措施实现：

树状微带天线

树状微带天线采用印刷技术制作在一块印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)上；印刷电路板由馈电和辐射单元层、介质层和金属地层构成；天线的馈电和辐射单元层由树干和若干树枝组成；树干为天线馈电单元，采用微带传输线结构，树干的一端位于PCB板的边缘，该端为天线馈电端口，树干包含一段阻抗变换段，该段金属线宽度渐变以实现天线输入阻抗变换，实现天线阻抗匹配；从树干的阻抗渐变段出发生长出若干树枝，树枝组成天线的辐射单元，树枝可以有任意的延伸角度和长度；金属地层与辐射单元之间设有介质层；金属地层中与树干对应部分涂敷金属层，为馈电单元提供金属地。

树干和树枝为不同宽度的金属线组成。

介质层为聚四氟乙烯或环氧树脂。

本发明具有如下优点：

1.树状微带天线采用印刷技术制作于印刷电路板，不需要金属机械加工。具有加工精度高，成本低廉和重量轻等优点，同时加工时间短，有利于大批量生产。

2.树状微带天线为二维平面结构，辐射单元中树枝有任意的延伸长度和角度，整体结构自由度大，能够为天线设计提供了较多的可利用结构参数，以便实现宽带、小型化等优良辐射性能。

附图说明

图1为树状微带天线三层结构的侧视图

图2为树状微带天线馈电和辐射单元层正视图

图3为树状微带天线金属地层正视图

图4为树状微带天线的馈电端口反射系数测试曲线