一種Sierpinski分形微帶陣列天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及天線領(lǐng)域，特別涉及一種Sierpinski (謝爾賓斯基)分形微帶陣列天線。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著通信技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航的迅速發(fā)展，越來越多的業(yè)務(wù)將通過無線電波的方式來進(jìn)行，天線在無線電設(shè)備中的應(yīng)用也越來越廣泛，天線一般做發(fā)射和接收電磁波的部件。
[0003]微帶天線是近30年來逐漸發(fā)展起來的一類新型天線。微帶天線是在一個薄介質(zhì)基(如聚四氟乙烯玻璃纖維壓層)上，一面附上金屬薄層作為接地板，另一面用光刻腐蝕等方法作出一定形狀的金屬貼片(常見的有矩形、圓形或者三角形貼片)，然后利用微帶線和同軸探針對貼片饋電，這就構(gòu)成了微帶天線。但現(xiàn)有的微帶天線往往采用單個貼片，這種天線尺寸較大，而且增益較低(約2.SdB左右)，不能滿足當(dāng)代電子設(shè)備的小型化高性能的設(shè)計要求。
[0004]陣列天線是一類由不少于兩個天線單元規(guī)則或隨機(jī)排列并通過適當(dāng)激勵獲得預(yù)定輻射特性的特殊天線。陣列技術(shù)可以得到很好的方向性和增益性能。陣列天線應(yīng)用到微帶天線上，使微帶天線具有更好的性能。
[0005]20世紀(jì)70年代，法國數(shù)學(xué)家B.B.Mandelbrot在總結(jié)了自然界中非規(guī)則幾何圖形后，第一次提出了分形這個概念。用分形的概念設(shè)計的微帶陣列天線，與傳統(tǒng)天線相比，分形天線具有小型化、寬頻帶、多頻工作、高輻射電阻、自加載等優(yōu)點。
[0006]Sierpinski分形天線是一種典型的分形天線。Sierpinski分形結(jié)構(gòu)的初始元為一正方形，將其平分為9個小正方形，去掉中間小正方形，對剩下的8個再分別平分為9個小正方形，再分別去掉每次平分后中間的小正方形，這樣無窮的迭代下去，就構(gòu)成了理想的謝爾賓斯方毯。利用Sierpinski分形可以很好的縮減天線的尺寸，在微帶貼片天線中獲得很應(yīng)用。
[0007]基于移動終端越來越輕小型化的要求，天線的小型化技術(shù)已經(jīng)成為一個重要的研究課題。常規(guī)微帶天線都存在尺寸較大、增益不高的缺陷，研究設(shè)計生產(chǎn)性能優(yōu)異的分形微帶陣列天線很有必要。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]本實用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種Sierpinski分形微帶陣列天線，使其具有小型化、高增益等特性。
[0009]本實用新型是這樣實現(xiàn)的，它主要由介質(zhì)基板及位于介質(zhì)基板正面上的分形天線輻射貼片、饋電網(wǎng)絡(luò)和位于介質(zhì)基板反面上的整體覆銅接地板所組成。分形天線輻射貼片是采用四個3階Sierpinski分形的陣元貼片組成2X2陣列結(jié)構(gòu)。、饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)有一個一級T型功分器和兩個二級T型功分器，實現(xiàn)將一路信號分成四路；一級T型功分器的輸出端與兩個二級T型功分器的輸入端分別相連，左邊的二級T型功分器的下輸出端通過連線與左下陣元貼片相連，其上輸出端通過延遲線(9)和阻抗轉(zhuǎn)換器(10)與左上陣元貼片相連，右邊的二級T型功分器(8)的下輸出端通過連線與右下陣元貼片相連，其上輸出端通過延遲線(9)和阻抗轉(zhuǎn)換器(10)與右上陣元貼片相連；
[0010]所述延遲線(9)的長度為1/2波長，形狀為橫放的“幾”字形，阻抗轉(zhuǎn)換器(10)的長度為1/4波長；
[0011]延遲線(9)的加入使得輸入上部兩陣元信號產(chǎn)生180度的相移，從而使饋電網(wǎng)絡(luò)上下貼片的高頻電流方向相同；
[0012]所述阻抗轉(zhuǎn)換器(10)用以實現(xiàn)輻射單元與T型功分器饋線間的阻抗匹配。
[0013]每個陣元貼片采用三階Sierpinski地越分形，在陣元貼片的兩邊采取類koch鋸齒分形(11)。
[0014]在一級T型功分器(6)的輸入饋線的反面設(shè)置三個尺寸相同的啞鈴型缺陷地濾波器(DGS) (13) (14) (15)抑制微帶天線所產(chǎn)生的諧波和雜波成分。
[0015]所述介質(zhì)基板(I)其相對介電常數(shù)為4.4的環(huán)氧樹脂玻璃纖維基板(FR4)。
[0016]所述的Sierpinski分形地越陣元貼片是這樣完成的。首先按工作頻率的要求確定陣元貼片的外形尺寸a、b，對其進(jìn)行第一次Sierpinski分形，分成9塊完全相等的方形，尺寸al、bl，去掉中間的一個方形，即完成一階分形；再對余下的8塊方形進(jìn)行第二次Sierpinski分形，分成9塊完全相等的方形，尺寸a2、b2，去掉中間的一個方形，即完成二階分形；然后對其進(jìn)行三階、四階、五階……分形，按此迭代形成Sierpinski分形地毯圖片，本實用新型選擇的分形次數(shù)為3階。
[0017]本實用新型有益效果如下:區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的Sierpinski分形微帶陣列天線采用三階Sierpinski地越分形，進(jìn)行微帶天線的優(yōu)化設(shè)計，大大減小尺寸，提高了增益，從而解決了常規(guī)微帶天線尺寸較大、增益不高的缺陷。并采取類koch鋸齒分形
(11)和啞鈴型缺陷地濾波器(DGS) (13) (14) (15)抑制微帶天線所產(chǎn)生的諧波和雜波成分。以2.45GHZ Sierpinski分形微帶陣列天線為例，其仿真結(jié)果表明:采用本發(fā)明提出的Sierpinski分形微帶陣列天線設(shè)計方案，工作頻率處回波損耗Sll低于_22dB，駐波比為
1.2，增益為5.9dB，達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)的要求。
【附圖說明】
[0018]圖1是Sierpinski分形微帶陣列天線整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是圖1所示2.45GHZ Sierpinski分形微帶陣列天線各陣元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是圖1所示2.45GHZ Sierpinski分形微帶陣列天線輸入端口 T型功分器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是圖1所示2.45GHZ Sierpinski分形微帶陣列天線與陣元相連的T型功分器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5是圖1所示2.45GHZ Sierpinski分形微帶陣列天線的DGS結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6是圖1所示2.45GHZSierpinski分形微帶陣列天線Sll仿真圖。
[0024]圖7是圖1所示2.45GHZ Sierpinski分形微帶陣列天線極坐標(biāo)下的增益方向圖。
[0025]圖8是圖1所示2.45GHZ Sierpinski分形微帶陣列天線駐波比(VSWR)仿真圖。
[0026]圖中，(I)-介質(zhì)基板、⑵(3) (4) (5)-四個Sierpinski方越分形貼片、(6)(7)
(S)-T型功分器、(9)-二分之一波長延遲線、(10)-1/4波長阻抗轉(zhuǎn)換器、(11)-類koch鋸齒分形、(12)-接地板、(13) (14) (15)-啞鈴型缺陷地濾波器(DGS)、(16)-波導(dǎo)端口、
(17)-矩形缺P,(18)-輻射邊界。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。
[0028]實施例1
[0029]從圖1中看出，本實用新型主要由介質(zhì)基