[发明专利]超宽带小型化分形天线

说明书

技术领域

本发明涉及一种天线装置，具体涉及一种超宽带小型化分形天线。

背景技术

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k₀a＜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。

发明内容

本发明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，本发明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，本发明具有如下特点：

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≤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为本发明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。

具体实施方式