[发明专利]一种基于三叉树弧形分形结构的偶极子贴片天线

说明书

一种基于三叉树弧形分形结构的偶极子贴片天线，由正反两面构成，正面包括由三叉树一阶弧形结构、二阶弧形结构、天线直线结构组成的天线振子一，阻抗匹配、微带传输输入线、巴伦馈电结构等，天线的反面是与天线振子一结构完全轴对称的天线振子二，以及阻抗匹配、微带传输输出线等。本发明采用微带巴伦馈电方式，结合三叉树与弧形结构设计出二阶分形偶极子贴片天线，利用分形结构的自相似性和空间填充性，使得在满足天线增益、方向图输入阻抗、辐射均匀性等技术指标的前提下尺寸更加小，达到天线小型化的要求。该天线结构简单易实现，性能稳定，在RFID领域有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及到通信领域中的信息发射与接收效率，以及天线设计参数优化问题。

背景技术

无线通信技术的不断发展，使得通信的引用越来越广泛，同时很多工作在不同频段的通信系统使用不同的收发天线，那么对天线的小型化要求越来越高。通过对分形天线的研究发现，分形天线具有尺寸小、容易加工、成本低廉等特点，并且能够适应无线通信的需求。利用天线分形结构的空间填充性设计天线可以使得天线的尺寸减缩成为可能。因此，分形天线在无线通信、卫星、移动通信方面都有着巨大的发展潜力和非常广阔的市场前景。

为了解决天线小型化的问题，可以利用分形结构的局部相似性和空间填充性来实现天线的小型化。目前已经提出了很多分形天线，主要有Koch分形体天线、Koch分形贴片天线、Sierpinski天线，还有将Koch分形天线和Sierpinski分形相结合的天线等。微型化的加号形状的分形天线与十字交叉型的分形天线，分别将天线的大小减小到正常尺寸的81.77%和89.8%。Koch分形贴片天线在工作使产生的磁场可能不是很均匀，如果在恶劣条件下使用，一定情况下会对通信质量产生一定的影响。此外还有矩形与二叉树结构结合设计出的矩形分形树天线，圆形贴片天线和高增益的星星分形结构的天线。这些天线各有优点，但是有些阻抗匹配不是很好，输入反射系数在工作频率处的值比较大。有研究表明天线在工作时，天线的电流方向如果一致可以产生更加均匀的磁场。因此，本发明在设计三叉树弧形分形天线不仅能保证天线的微型化，同时也可以加强天线的辐射性能。

发明内容

本发明利用分形结构的空间填充性与局部相似的特点，结合三叉树与弧形结构提出了一种无线射频识别弧形分形偶极子贴片天线设计。该设计在保证天线在工作频率下能够满足天线特性参数的同时，实现了减小天线尺寸的问题，同时能够实现良好的阻抗匹配，使天线的工作效率达到更高要求。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的基于三叉树弧形分形结构的偶极子贴片天线是由正反两面构成，正面包括由三叉树一阶弧形结构（1）、二阶弧形结构（2）、天线直线结构（3）组成的天线振子一（4），天线的反面是与天线振子一（4）结构完全轴对称的天线振子二（5）。

本发明天线还包括天线正面的天线振子一的阻抗匹配（6）、微带传输输入线（8）、巴伦馈电结构一（9）和巴伦馈电结构二（11）；天线反面的天线振子二的阻抗匹配（7）和微带传输输出线（10）。

本发明所述的三叉树一阶弧形结构是由一个一端与天线直线结构（3）连接，且两个弧形端点与天线直线结构（3）同在一直线上的弧形朝下的半圆弧形结构，以及以该半圆弧形与天线直线结构（3）的连接端点（A）分别顺时针旋转90度和逆时针旋转90度形成的两个半圆弧形结构构成。

本发明所述的三叉树二阶弧形结构是由一个一端与一阶弧形结构的半圆弧形结构的外侧端连接，且两个弧形端点与天线直线结构（3）同在一直线上的弧形朝上的半圆弧形结构，以及以该半圆弧形与一阶弧形结构的连接端点（B）分别顺时针旋转90度和逆时针旋转90度形成的两个半圆弧形结构构成。其中，二阶弧形结构的半圆弧形的半径为一阶弧形结构半圆弧形的半径的三分之一（1/3）。