[发明专利]立体分形天线及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微波技术与天线领域，具体涉及立体分形天线及其制造方法。

背景技术

分形理论由B.B.Mandelbrot在上个世纪70年代研究英国海岸线有多长提出的，分形图案是一种具有自相似性，不规则性的不断重复的复杂图形。自20世纪80年代以来人们将分形理论应用于天线的制造中，它是一种具有分形的形式的天线单元，通常通过在导体面上开小孔或者使导体弯曲来形成。和传统天线的设计比较，分形天线的优势在于可以以很小的尺寸拓宽天线带宽。在很多情况下，分形天线单元的使用能够使电路的设计简化，减少建造的消耗，增强部件的可靠性。因为它是自加载的，不需要任何的匹配单元来实现多频或者宽频工作。

无线电天线可被定义为一种附有导行波与自由空间波互相转换区域结构。天线是一种导行波与自由空间波之间的转换器或换能器。分形天线与传统天线相比较解决了两个问题：（1）天线实际上是窄带设备，它们的性能依赖于天线的电尺寸，这就意味着，对于固定的天线尺寸，天线的性能指标如：增益方向图，带宽等将随着工作频率的改变而改变，而分形的自相似性和复杂的结构使得分形天线具有分形的特征，从而具有宽频带特点。（2）把分形的迭代算法应用于天线，使缩减尺寸成为可能。传统的二维贴片分形天线随着迭代阶数的增加，在高频出也出现了新的谐振点。随着天线的分形层次的不断深入，原有的谐振点位置保持不变化，在高频端的地方增加加了新的谐振点各谐振频带具有相似的辐射特性，而且谐振点的个数与分形的结构次数相等。

现有的分形一般均为微带贴片天线这种二维平面天线，这种二维分形天线随着分形阶数的增加，原有的谐振点位置保持不变，但在高频端的地方增加了新的谐振点各谐振频带具有相似的辐射特性，而且谐振点的个数与分形的结构层次数相等属于周期规律分布。而将分形天线立体化将会使天线的结构极其复杂，传统的制造技术不足以制造处如此精细复杂的结构。

发明内容

本发明将立体光刻技术和分形理论应用于微波技术与天线领域，是新型制造技术和微波工程以及天线技术的集成创新设计，发明的目的旨在设计制作出立体分形天线，由此发明一种新的天线形式，将分形天线由二维平面转向三维立体，延展了分形天线的带宽，优化了天线的性能，将分形天线的优势提升一个维度。

本发明第一次将立体光刻技术应用在微波天线制造领域，工艺搭配也开创了制造的先河。本发明所采用的技术方案是：步骤一，利用电脑辅助CAD软件与电磁仿真软件分别设计出立体分形天线的三维模型及相关的参数指标，再将三维模型以STL格式输出到打印机中，利用打印机将三维模型转换为二维截面；步骤二，采用三维打印技术或常规加工技术逐层制造，再将每层模型连接到一起，制造出立体分形天线模型；步骤三，若步骤二中三维打印机采用树脂等非金属材料打印，将模型用真空金属化工艺将相应的金属镀在天线模型表面；若步骤二中三维打印机采用相应金属为原料，简易打磨工艺将模型打磨光滑即可。

所述步骤二中三维打印技术包括激光粉末烧结、高分子高温熔融、光敏树脂喷墨打印技术和光敏树脂快速成型技术；

步骤一中的分形体的建模严格遵照数学立体分形算法；

所述步骤一中的分形算法可采用Sierpinski三角形算法。

根据制造立体分形天线的方法制造的立体分形天线，天线整体结构是由基于分形算法的分形体构成的。

所述天线辐射体形状严格基于数学立体分形算法；

所述天线是基于Sierpinski三角形算法；

所述天线可采用同轴线底部馈电或者波导馈电。