[发明专利]一种扩频无线电救生系统的小型天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线，具体地说是一种可应用于扩频无线电救生系统的小型化天线。

背景技术

扩频无线电救生系统工作在甚高频段，依靠卫星导航定位系统提供定位信息，具有工作范围大、定位精度高、保密性好、实时性好、稳定可靠的特点，广泛应用于搜救领域，是该领域中的重要辅助设备。美国的“AN/PRC”系列产品是其中的典型代表。

近年来，随着电子器件性能不断向前发展，人们对于扩频无线电救生设备的集成度要求越来越高，小型化、高性能是当前系统的主要发展方向。然而，由于目前使用的扩频无线电救生系统主要工作在中心频率为248MHz及440MHz两大频段，设备天线主要以偶极子天线及对数周期天线为主，属电小天线范畴。根据电小天线基本理论，作为系统发射及接收天线，天线的最小物理高度应不低于系统工作波长的十分之一。因此扩频无线电救生系统中存在天线尺寸大、难以小型化的技术难点，严重影响了设备小型化进程。

同时，小型接收天线作为扩频救生系统接收设备中的关键组成元件之一，其性能直接决定了系统的定位精度、工作范围等主要技术指标。目前普遍采用螺旋天线作为天线小型化的技术手段。如袁晶等人于2007年在《电子科技》中发表“螺旋天线的小型化设计”一文，针对440MHz频段提出了一种高度55mm，外径6mm的小型螺旋天线；朱玉晓等人于2009年在《微波学报》中发表“小型化超宽带槽螺旋天线的设计”一文，提出了一种宽带平面螺旋天线，其厚度为16.3mm，直径50mm，可工作在0.75～8GHz频段；其他的如阿基米德双臂平面螺旋天线、伞锥螺旋天线等在该领域也具有一定的市场。

然而，实际应用经验表明，现有天线主要应用在440MHz频段，若将上述天线小型化方法用于248MHz频段，系统接收天线尺寸仍达到了12.5cm，同时存在天线增益低，无法全向接收信号等问题，难于满足系统要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于为248MHz频段扩频无线电救生系统接收设备的扩频无线电救生系统的小型天线。

本发明的目的是这样实现的：

包括电介质层和导线层；所述导线层为完全相同的两片，敷刻于电介质层上表面，导线层间张角为45度，每片由多条首尾相连的弯曲导线段组成，所述弯曲导线段形状为三阶Hilbert分形曲线，导线角点位置直角设置，组成辐射天线元件；所述导线层在电介质层上的覆盖面为矩形，该覆盖面边长直等于导线层边长。

本发明的扩频无线电救生系统的小型天线还可以包括：

(1)包括接地板，接地板几何中心处开孔，天线垂直安装于接地板上表面，馈电点设置于所述导线层角点处的导线段上，位于接地板开孔处。

(2)导线层边长7cm，所述导线段宽度1mm，电介质层厚度1mm。

(3)天线导线段材质为铜箔，在导线段上镀有锡层。

(4)所述电介质层材质为聚四氟乙烯板状结构，其边长大于导线层边长2mm。

本发明主要针对现有天线尺寸大，增益低，无法全向接收，难以满足系统小型化设计要求的问题，提出了一种基于Hilbert分形的角反射器天线，作为扩频救生系统设备天线，该天线高度仅为7cm，体积相当于原天线的60％，同时具有全向性、高增益、驻波比低的特点，能够满足设备要求。

本发明的主要目的是为248MHz频段扩频无线电救生系统接收设备提供一种新的小型天线元件，以替代设备中的原有天线，使天线高度由12.5cm降低到7cm；使天线接收信号角度由原有的弱方向性接收变为全向接收。本发明中所提供的天线以分形理论为核心，同时结合角反射器天线理论，采用Hilbert分形曲线替代原有天线的反射背板，以此来缩减天线尺寸。同时将激励源位置降低，馈电点选在天线张角底部。

本发明中涉及的小型接收天线隶属于印刷电路板天线范畴，具体结构包括电介质层和导线层，所述导线层敷刻于电介质层上表面，由多条首尾相连的弯曲导线段组成，所述导线段基于三阶Hilbert分形结构设计而成，导线角点位置直角设置，组成辐射天线元件，所述导线层在电介质层上的覆盖面为矩形，该覆盖面边长直等于导线层边长。

本发明中所述三阶Hilbert分形结构依据分形理论函数迭代系统(IteratedFunction System，IFS)表示。该函数系统是通过定义隶属变换因子完成对曲线结构的迭代描述。隶属变换因子w可通过下式表示：