一种带阻抗匹配的分形环天线制造技术

本发明专利技术涉及一种带阻抗匹配的分形环天线，所述分形环天线包括有设置在环内的金属平面，所述金属平面用于调整分形环天线的阻抗匹配。本发明专利技术提供的分形环天线相对于现有技术的改进在于其环内增设了一金属平面，增设的金属平面用于对分形环天线的输入阻抗进行调整，由于金属平面是设置在环内的，因此不增加额外的面积，有利于分形环天线的小型化设计；实验证明，应用这种天线设计，在不减弱其他性能的条件下，能够达到更优的阻抗匹配效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线设计领域，更具体地，涉及一种带阻抗匹配的分形环天线。
技术介绍
在无线通信和微波能量传输领域中，环天线得到了广泛的应用。而分形几何具有空间填充和自相似的特性。因此将分形几何和天线设计结合起来，可以实现天线的小型化和多频特性。对于周长近似于波长的环天线，它的辐射阻抗是200欧姆左右。环天线的这种特性使得它很难匹配标准的50欧姆电路。现有的技术在对其进行阻抗匹配时一般通过在距离天线水平方向h处放置一个无限大的地平面反射器，理论上，选择一个合适的高度h可以调整天线输入阻抗使之匹配到50欧姆。然而，这样的反射平面增加了天线的总尺寸。如果天线是制造在单层介质基片PCB的上下层的话，由于市售这种基片的厚度相当有限，因此往往无法选择到合适的h。且这种引入反射地平面来调整辐射阻抗的方案增加了总尺寸，这不符合天线设计中紧凑性的要求。
技术实现思路
本专利技术为解决以上现有技术的难题，提供了一种分形环天线，该天线具备阻抗匹配能力，且由于其用于调整阻抗的部件是设置在环内的，因此分形环天线不增加总体面积，甚至可以制作得更加的小型化。为实现以上专利技术目的，采用的技术方案是：一种带阻抗匹配的分形环天线，所述分形环天线包括有设置在环内的金属平面，所述金属平面用于调整分形环天线的阻抗匹配。上述方案中，设置于环内的金属平面能够大大地改善分形环天线的输入阻抗，在具体实施时通过调整金属平面的尺寸就能够使分形环天线匹配到所需的阻抗，同时改善分形环天线匹配到更低的谐振频率。由于金属平面是设置在环内的，因此天线可以设计得更加的小型化。优选地，所述分形环天线采用KOCH分形结构。优选地，所述金属平面经过镂空处理。优选地，所述分形环天线呈矩形状，其每条边均设置有KOCH分形结构，其馈电端口设置在矩形状分形环天线任意一条边上。优选地，所述分形环天线呈正方形状或长方形状，所述正方形状或长方形状的分形环天线的每条边均由2个2阶KOCH分形结构连接而成；其馈电端口设置在任意一条边的中点处。优选地，所述金属平面呈矩形状。优选地，所述分形环天线呈正三角形状，所述正三角形状分形环天线的每条边均由2个2阶KOCH分形结构连接而成，其馈电端口设置在任意一条边的中点处。优选地，所述金属平面呈正三角形状。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的分形环天线相对于现有技术的改进在于其环内增设了一金属平面，增设的金属平面用于对分形环天线的输入阻抗进行调整，由于金属平面是设置在环内的，因此不增加额外的面积，有利于分形环天线的小型化设计；实验证明，应用这种天线设计，在不减弱其他性能的条件下，能够达到更优的阻抗匹配效果。附图说明图1为实施例1的分形环天线的结构示意图。图2为实施例1的分形环天线的另一种优选方案的结构示意图。图3为实施例2的分形环天线的结构示意图。图4为实施例2的分形环天线的另一种优选方案的结构示意图。图5为内部不设置金属平面的分形环天线的结构示意图。图6为图5的分形环天线的等效电路图。图7为图1的分形环天线的等效电路图。图8为图1、图5的分形环天线的反射系数对比图。图9为图1的分形环天线的仿真3D辐射增益方向图。图10为图1的分形环天线仿真和测试得到的YZ平面的2D增益方向图。图11为图1的分形环天线测试得到的最高增益和效率图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的阐述。实施例1如图1所示，本实施例提供的分形环天线1呈正方形状，其每条边均由2个2阶的KOCH分形结构2连接而成，其馈电端口3设置在任意一条边的中点处，同时，分形环天线1的环内设置有一金属平面4，本实施例中，所述金属平面4呈正方形状，所述金属平面4用于调整分形环天线1的阻抗匹配。上述方案中，设置于环内的金属平面4能够大大地改善分形环天线1的输入阻抗，在具体实施时通过调整金属平面4的尺寸就能够使分形环天线1匹配到所需的阻抗，同时改善分形环天线1匹配到更低的谐振频率。由于金属平面4是设置在环内的，因此天线可以设计得更加的小型化。如图2所示，所述金属平面4可依据阻抗匹配的需要进行镂空处理。经过镂空处理的金属平面4呈环状。实施例2如图3所示，本实施例提供的分形环天线1呈正三角形状，所述正三角形状分形环天线1的每条边均由2个2阶KOCH分形结构2连接而成，其馈电端口3设置在任意一条边的中点处。分形环天线1的环内设置有一金属平面4，所述金属平面4呈正三角形状。所述金属平面4在具体实施的时候，是用来对分形环天线1的阻抗进行匹配的。上述方案中，设置于环内的金属平面4能够大大地改善分形环天线1的输入阻抗，在具体实施时通过调整金属平面4的尺寸就能够使分形环天线1匹配到所需的阻抗，同时改善分形环天线1匹配到更低的谐振频率。由于金属平面4是设置在环内的，因此天线可以设计得更加的小型化。如图4所示，所述金属平面4可依据阻抗匹配的需要进行镂空处理。经过镂空处理的金属平面4呈环状。实施例3图6为图5的分形环天线1的等效电路图，因此可以对馈电端口3的输入阻抗进行计算：其中，Cp为2个馈电接头之间的等效寄生电容，C1为分形环天线1的等效串联寄生电容，L1为分形环天线1的等效串联寄生电感，Rrad为环天线的等效辐射电阻,ω为角频率ω＝2πf。由于环天线的串联等效欧姆电阻很小，在此处忽略不计。假设馈电端口3的源阻抗为ZO,可以得到反射系数为图7所示是图1的分形环天线1的等效电路图，增加的环内阻抗匹配金属平面增大了串联等效电感，电感增量为L2。增大电感的工作原理可以理解为：分形环天线相当于变压器的线圈，环内金属平面相当于变压器线圈中间的铁棒，增加了等效电感，因此表现在线圈额外串联了一个等效电感L2。此时将上式中的L1替换为L1+L2，则输入阻抗为：因此，可以计算得到图1所示分形环天线的反射系数S11.图8所示是图1和图5的分形环天线的反射系数S11的对比图，图1、图5中，KOCH分形结构的分形环天线1尺寸一致，唯一的区别是图5中的天线无环内金属平面，图1的天线环内设置有金属平面。由图8可以看出图1的天线具有更低的S11，即具有更好的阻抗匹配效果；同时图1天线的中心频率也更低，这说明了在设计的频率情况下，环内金属面可以使天线更加小型化。用等效电路图建模仿真的方法，也可以验证上述提升阻抗匹配的效果。图9为图1的分形环天线的仿真3D辐射增益方向图。图10为图1的分形环天线仿真和测试得到的YZ平面的2D增益方向图。图11为图1的分形环天线测试得到的最高增益和效率图。显然，本专利技术的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非是对本专利技术的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术权利要求的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带阻抗匹配的分形环天线，其特征在于：所述分形环天线包括有设置在环内的金属平面，所述金属平面用于调整分形环天线的阻抗匹配。

【技术特征摘要】
1.一种带阻抗匹配的分形环天线，其特征在于：所述分形环天线包括有设置在环内的金属平面，所述金属平面用于调整分形环天线的阻抗匹配。2.根据权利要求1所述的带阻抗匹配的分形环天线，其特征在于：所述分形环天线采用KOCH分形结构。3.根据权利要求1所述的带阻抗匹配的分形环天线，其特征在于：所述金属平面经过镂空处理。4.根据权利要求2所述的带阻抗匹配的分形环天线，其特征在于：所述分形环天线呈矩形状，其每条边均设置有KOCH分形结构，其馈电端口设置在矩形状分形环天线任意一条边上。5.根据权利要求4所述的带阻抗匹配的分形环天线，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈·安德烈尼克，曾淼旺，谭洪舟，刘先泺，黎梓宏，廖肇荣，魏新元，曾衍瀚，
申请(专利权)人：广东顺德中山大学卡内基梅隆大学国际联合研究院，中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44