[发明专利]基于分形结构的双频圆极化天线

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种基于分形结构的双频圆极化天线。

背景技术

将分形理论与天线相结合，设计出的分形天线有着一般天线所不具备的优势。首先，由于分形结构具有自相似的特性，可以实现天线的多频特性。而且，通过调节分形结构中的参数，将多频的各个谐振点相互拉近，还能实现天线的宽带特性。其次，由于分形结构具有空间填充特性，使得天线的小型化设计也成为可能。

目前圆极化天线已广泛应用于军事通信、卫星通信、卫星导航等多个领域，我国的北斗卫星导航系统就采用了圆极化的卫星天线，而圆极化技术在未也来必将在民用无线通信系统中得到普及。此外，随着无线通信用户的高速增长，通信系统也不断地进行更新和扩容，例如全球普及最广的第二代移动通信GSM系统就进行频段的扩容，形成了GSM900、DSC1800MHz等多个频段，这就要求手机天线能够进行双频甚至多频工作。

将圆极化与双频/多频特性相结合，形成双频/多频圆极化天线近年来已成为新的研究热点，这主要由于对大容量和多功能化通信的需求使得很多无线通信系统工作在多个频段。这种天线的设计方法通常有两种，一种是设计成宽频带天线直接覆盖所需要的两个频段，然而圆极化带宽相比阻抗带宽通常要窄得多，很难覆盖两个相距较远的频率。另一种就是两个频段分别实现阻抗匹配和圆极化。由这种思路设计的天线通常由两个辐射单元组成，分别在两个频段辐射圆极化波，其难点主要在于阻抗带宽和圆极化带宽的一致性和两单元之间的耦合，最常见的形式有多层微带贴片天线和微带缝隙天线。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于分形结构的双频圆极化天线。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种基于分形结构的双频圆极化天线，包括：上介质板、上介质板上表面的上层辐射贴片、上介质板下方的下介质板、下介质板下表面的下层辐射贴片、位于上下介质板之间的支撑柱、上下介质板之间的空气层、下介质层下表面的底层馈线，所述上层辐射贴片为Sierpinski三阶分形结构，下层辐射贴片用于对上介质板进行耦合馈电，下层辐射贴片上设有挖空结构。

作为优选方式，所述Sierpinski三阶分形结构采用如下方式得到：将正方形平均分为9个小正方形，去除位于中心的一个小正方形，得到Sierpinski一阶分形结构；然后将周围的8个小正方形按上述步骤重复：均分为九等分，分别去除中间的一份，得到Sierpinski二阶分形结构；再在Sierpinski二阶分形结构基础上按上述步骤重复一次后得到所述Sierpinski三阶分形结构。

作为优选方式，所述Sierpinski分形结构采用如下方式得到：将等边三角形平均分为四个小正三角形，然后去除中间一个三角形，得到了一阶分形的Sierpinski三角毯，将这个步骤在剩下的三个等边三角形上重复两次，就得到了三阶Sierpinski分形结构。

作为优选方式，所述Sierpinski分形结构采用如下方式得到：将直角三角形平均分为四个小直角三角形，然后去除中间一个直角三角形，得到了一阶分形的Sierpinski三角毯，将这个步骤在剩下的三个直角三角形上重复两次，就得到了三阶Sierpinski分形结构。

作为优选方式，所述下层辐射贴片上的挖空结构为下层辐射贴片上去除圆形、方形、椭圆、三角形其中一种结构。对下层辐射贴片进行挖空，主要是利用缝隙耦合原理，对上介质板进行馈电。

作为优选方式，下介质层下表面的底层馈线为L型微带线，由四段不同宽度和长度的微带线组成，中间一段为能够产生圆极化的渐变微带线，该段微带线的渐变结构是在微带线的下半段各去掉一个角，使得能够与两边不同宽度的微带线相连接，实现圆极化匹配。

作为优选方式，两介质板之间空气层为9.3mm。

作为优选方式，支撑柱通过塑料螺拴固定两层介质板。

本发明的有益效果为：1、该款天线的尺寸小，实现了天线实际应用的小型化要求；2、本发明天线特性明显，一方面符合当今通信系统要求的双频工作要求，另一方面也符合天线传输无线波时需要抗干扰强的圆极化波的要求；并且两个工作频段之间差距较大，相互之间干扰较小；3、本发明使用分形结构设计天线，增加了天线的带宽，圆极化带宽至少也有200MHz以上；4、天线使用渐变结构馈线来产生圆极化波，使得结构简单，馈电简洁，使用微带线馈电方式适合天线安装组合，相较于传统的同轴馈电点馈电或者多个馈电点馈电简化了很多。