用于超宽带系统的分形光子带隙弯折线微带天线技术方案

用于超宽带系统的分形光子带隙弯折线微带天线，涉及一种微带天线。提供一种尺寸小、带宽大、回波损耗较低且具有全向辐射特性的用于超宽带系统的分形光子带隙弯折线微带天线。设有双面覆铜层的介质基板，介质基板的一面覆铜层为弯折线微带天线辐射贴片，介质基板的另一面覆铜层为分形光子带隙结构；弯折线微带天线辐射贴片设有至少４个横向臂和至少３个纵向臂，各横向臂与各纵向臂依次交替端部串连，每个纵向臂的两端分别与２个横向臂的一端连接并呈Ｕ字形；分形光子带隙结构设有３行３列共９片铜片，每行设有３片间隔分布的铜片，每列设有３片间隔分布的铜片；行与行之间平行，列与列之间平行，每行中的铜片平行，每列中的铜片平行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种微带天线，尤其是涉及一种用于超宽带系统的分形光子带隙(PBG)弯 折线微带天线。
技术介绍
2002年，美国联邦通信委员会(FCC )宣布超宽带(UWB)通信的频段定义为3.1 10.6GHz， 这一频段除了可用作无线局域网(WPAN)外，还可用于精确测距、金属探测等用途。在正EE 802.15.3a标准提出后，超宽带无线接入技术进一步得到规范化。超宽带技术以其成木低廉、 数据传输速率高、具有穿透性、发射功率低等优点而备受重视，成为目前无线通信的一大研 究热点。天线设计及制造技术是超宽带通信系统的核心关键技术之一，天线的各项特性及形态大 小，极大程度地影响了超宽带系统的工作性能及应用领域。天线在超宽带系统中具有举足轻 重的地位。超宽带(UWB)通信的频段定义为3.1 10.6GHz，其带宽要求为7.5GHz。对于超宽 带系统的天线设计要求具有大带宽、小尺寸，且在整个方位平面上提供均匀覆盖，增益在OdBi 以上。与以往的天线设计要求相比，超宽带通信系统的天线必须具有体积小、带宽宽和全向 覆盖等特点。而以往很多具有超宽带工作特性的天线往往体积较大，难以实现与小型系统的 一体化设计。对于目前的超宽带天线，常规的微带天线尺寸明显过大，且存在工作带宽小、辐射方向 覆盖不均匀等缺点。现代无线通信技术的发展，迫切需要一款天线能够覆盖3.1 10.6GHz的 超宽带通信频段。弯折线微带天线是一种高效的多频谐振天线，能在实现超宽带工作特性的同时，有效地 减小天线的尺寸。20世纪70年代，法国数学家B.B.Mandelbrot在总结了自然界中非规则几何图形后，第一次 提出了分形这个概念，认为分形几何学可以处理自然界中那些极小规则的构型，指出分形几 何将成为研究许多物理现象的有力工具。到了20世纪80年代，关于波与分形结构相互作用的研究促进了分形电动力学的发展，而 分形天线正是分形电动力学的众多应用之一。它能够使得我们有效地设计小型化天线或把多个无线电通信元件集成到一块设备上。分形几何是通过迭代产生的具有自相似特性的几何结 构，它的整体与局部之间以及局部与局部之间都具有自相似性，天线的分形设计是电磁理论 与分形几何学的融合。研究发现，与传统天线相比，具有分形结构的天线具有小型化、宽频带、多频工作、高 辐射电阻、自加载等优点，能够很好的满足超宽带系统对天线的要求。光子带隙(PBG，Photonic Band-Gap)结构由一种介质材料在另一种介质材料中周期分布所组成。这种结构可以通过缩 放尺寸关系应用于很宽的频率范围，因此近几年来微波与毫米波领域的PBG结构应用越来越 引起人们的关注。在PBG结构中，电磁波经周期性介质散射后,某些波段电磁波强度会因破坏性 干涉而呈指数衰减,无法在该结构中传播，于是在频谱上形成带隙。PBG结构在微波领域,特别 是微波电路和天线领域中有着巨大的应用价值，现已被广泛地应用到微波、毫米波波段的电 路与器件的设计中。合理应用光子带隙结构能够改善天线的辐射特性，展宽天线的工作带宽。 目前，把弯折线微带天线与分形PBG结构结合起来应用在3.1 10.6GHz的超宽带通信频段的 相关技术未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种尺寸小、带宽大、回波损耗较低且具有全向辐射特性的用于 超宽带系统的分形光子带隙弯折线微带天线。本专利技术采用了弯折线微带天线与分形光子带隙结构相结合的技术方案。本专利技术设有双面覆铜层的介质基板，介质基板的一面覆铜层为弯折线微带天线辐射贴片， 介质基板的另一面覆铜层为分形光子带隙结构；弯折线微带天线辐射贴片设有至少4个横向 臂和至少3个纵向臂，各横向臂与各纵向臂依次交替端部串连，每个纵向臂的两端分别与2 个横向臂的一端连接并呈U字形，各个横向臂之间设有间距，各个纵向臂之间设有间距，各 个横向臂与介质基板之间设有间距，各个纵向臂与介质基板之间设有间距；分形光子带隙结构设有3行3列共9片铜片，每行设有3片间隔分布的铜片，每列设有 3片间隔分布的铜片；行与行之间平行，列与列之间平行，每行中的铜片平行，每列中的铜 片平行。各个横向臂最好互相平行，各个纵向臂最好互相平行。 各个横向臂与所连接的纵向臂最好垂直。 每个横向臂和每个纵向臂的线宽最好均为2mm。 位于弯折线微带天线辐射贴片中部的1个横向臂设有天线馈电点。弯折线微带天线辐射贴片上的上部外边沿与介质基板上边沿的距离最好为3mm;弯折线微带天线辐射贴片上的上部外边沿与介质基板下边沿的距离最好为2mm;弯折线微带天线辐 射贴片上的左右两侧外边沿与介质基板左右两侧边沿的距离最好为3mm。 分形光子带隙结构的各铜片的形状优选矩形，最好为正方形。位于分形光子带隙结构中间的中间铜片的面积最好大于其它铜片的面积，其它铜片的面 积最好相同。中间铜片和其它铜片均为正方形，中间铜片边长最好为7mm±0.1mm，其它铜 片的边长最好为5mm士0.1mm。中间铜片与位于中间铜片上、下、左和右的4片铜片之间设 有间距，间距最好为4mm，其它铜片之间设有间距，相邻两片铜片之间的间距最好为5mm。分形光子带隙结构的上行3片铜片的上边沿最好与介质基板上边沿重合，分形光子带隙 结构的下行3片铜片的下边沿与介质基板下边沿的距离最好为7mm，分形光子带隙结构的左 列3片铜片的左边沿最好与介质基板左边沿重合，分形光子带隙结构的右列3片铜片的右边 沿与介质基板右边沿的距离最好为5mm。介质基板最好为矩形介质基板，其尺寸最好是长度为30mm±lmm，宽度为32mm±lmm， 厚度为lmm±0.05mm。介质基板最好选用相对介电常数为2.25±5%的介质基板，优选环氧树脂玻璃布介质基板。 与常规的用于超宽带系统的微带天线比较，本专利技术具有以下突出的优点和显著的效果 尺寸小、带宽大、辐射特性好、能够全向辐射，其工作频带为2.91GHz 11.53GHz，绝 对带宽达到8.62GHz，相应的相对带宽达到119.39%，带宽倍频程达到3.96，可完全覆盖3.1 10.6GHz的超宽带通信频段。而且本专利技术具有结构简单、制造工艺简单、成本低、全向辐射 性能佳、易于集成和能够批量生产等优点，能够满足超宽带系统对天线的具体要求。 附图说明图1为本专利技术实施例的金属弯折线微带天线辐射贴片结构示意图。 图2为本专利技术实施例的分形光子带隙结构示意图。图3为本专利技术实施例回波损耗(Su)性能图。图3中的横坐标表示频率，单位为GHz，纵 坐标表示回波损耗强度，单位为dB。图4为本专利技术实施例的H面方向图。坐标为极坐标。 图5为本专利技术实施例的E面方向图。坐标为极坐标。 具体实施例方式以下将结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。参见图1和图2，本专利技术设有双面覆铜的介质基板P，介质基板P为矩形介质基板，其尺 寸是长度为30mm，宽度为32mm，厚度为lmm。介质基板P选用相对介电常数为2.25±5%的介质基板。介质基板P采用环氧树脂玻璃布介质基板，介质基板P的一面所覆铜层为弯折 线微带天线辐射贴片(如图1所示)，介质基板P的另一面所覆铜层为分形光子带隙结构(如图 1所示)。弯折线微带天线辐射贴片设有6个横向臂(11、 12、 13、 14、 15和16)及5个纵向臂(21、 22、 23、 2本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于超宽带系统的分形光子带隙弯折线微带天线，其特征在于设有双面覆铜层的介质基板，介质基板的一面覆铜层为弯折线微带天线辐射贴片，介质基板的另一面覆铜层为分形光子带隙结构；弯折线微带天线辐射贴片设有至少４个横向臂和至少３个纵向臂，各横向臂与各纵向臂依次交替端部串连，每个纵向臂的两端分别与２个横向臂的一端连接并呈Ｕ字形，各个横向臂之间设有间距，各个纵向臂之间设有间距，各个横向臂与介质基板之间设有间距，各个纵向臂与介质基板之间设有间距；　　　　分形光子带隙结构设有３行３列共９片铜片，每行设有３片间隔分布的铜片，每列设有３片间隔分布的铜片；行与行之间平行，列与列之间平行，每行中的铜片平行，每列中的铜片平行。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：游佰强，林斌，付尧，周建华，徐伟明，施芝元，刘舜奎，李伟文，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]