专利摘要

本实用新型提出了一种小型化分形宽带天线，在保证其高增益的前提下，实现了天线的小型化和宽频带，包括上下间距4mm的第一介质基板和第二介质基板，该两个介质基板均采用FR_4材料，其中第一介质基板的上表面印制有9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片，第二介质基板的上表面印制有分形辐射铜薄片和三个带状微带馈电铜薄片，下表面印制有辐射接地铜薄片，辐射接地铜薄片的中心位置有圆环缝隙，其中9个正六边形辐射铜薄片、第一介质基板、第二介质基板和分形辐射铜薄片的几何中心共轴。本实用新型实现了天线的小型化和宽频带，可应用于无线通信、射频识别和微波能无线传输等领域。

权利要求

1.一种小型化分形宽带天线，其特征在于，包括上下间距4mm的第一介质基板和第二介质基板，该两个介质基板均采用FR_4材料；所述第一介质基板的上表面印制有9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片；所述第二介质基板的上表面印制有分形辐射铜薄片、50Ω微带馈电线、带状微带馈电铜薄片一和带状微带馈电铜薄片二，下表面印制有辐射接地铜薄片，辐射接地铜薄片的中心位置有圆环缝隙。

2.根据权利要求1所述的小型化分形宽带天线，其特征在于，9个正六边形辐射铜薄片、第一介质基板、第二介质基板、分形辐射铜薄片和辐射接地铜薄的几何中心共轴。

说明书

技术领域

本实用新型属于天线结构领域，具体涉及一种小型化分形宽带天线。

背景技术

随着电子科学技术的飞跃式发展，无线通信技术及其衍生品在现实生活中的应用已经越来越广泛。随着技术的不断提高，对无线通信中必不可少的天线提出了更高的要求以及严格的参数指标。同时在电子装备技术不断向前发展的今天,无论是民用无线通信装备还是军用的无线通信装备中,在通信高质量化的前提条件下,要求无线通信系统同时具有宽频带与小型化的性能,因此近些年来天线领域的研究热点一直聚焦于小型化宽带天线。伴随着人们对天线尺寸、接收效率等指标要求的不断提出,越来越多新型的天线应运而生,微带天线就是其中之一。微带天线有其显著的特点,如重量小,剖面低、结构紧凑等。另一方面,微带天线与其他种类天线相比,也有其自身的一些缺点,比如增益较低等。

带宽和增益是决定天线性能的两个最基本的因素,宽带特性有利于天线适用于更多场合,高增益特性有利于节约信号传输所需的能量。宽频带,可使得天线辐射信号的传输速率高,系统容量大,同时也可以提高抗多径干扰的能力高增益,可大大减小发射信号的功率,同时也可以大大增加信号传输的距离。

但是现有的技术存在以下的不足：

1、现有技术中无法做到对天线接收到的能量进行最佳状态的处理，使得其以高增益能量传输。

2、现有技术中的天线的结构过于单一，无法提供较宽的通频带，使得天线的性能无法达到最佳状态。

3.现有技术中难以达到实现天线的小型化与集成化。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是提供了一种结构简单且设计合理的小型化分形宽带天线，该天线较其它天线而言拥有的更小的尺寸、相对较低的回波损耗、更大的宽频带和较高的增益。

本实用新型为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种小型化分形宽带天线，其特征在于包括上下间距4mm的第一介质基板和第二介质基板，该两个介质基板均采用FR_4材料；所述第一介质基板的上表面印制有9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片；所述第二介质基板的上表面印制有分形辐射铜薄片、50Ω微带馈电线、带状微带馈电铜薄片一和带状微带馈电铜薄片二，下表面印制有辐射接地铜薄片，辐射接地铜薄片的中心位置有圆环缝隙。所述9个正六边形辐射铜薄片、第一介质基板、第二介质基板、分形辐射铜薄片和辐射接地铜薄片的几何中心共轴。

第一介质基板上表面的9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片具体设计步骤如下,以所述第一介质基板上表面中心位置为原点建立平面直角坐标系，在坐标原点设计正六边形薄片一，并设计半径小于正六边形一的正六边形薄片二，将正六边形薄片一与正六边形薄片二作相减操作得到条状正六边形一，将所述条状正六边形一沿x轴正方向平移第一介质基板边长三分之一的距离得到条状正六边形二，将所述条状正六边形一沿x轴负方向平移第一介质基板边长三分之一的距离得到条状正六边形三，将所述条状正六边形一、条状正六边形二和条状正六边形三分别复制并沿y轴正方向平移第一介质基板边长三分之一的距离得到条状正六边形四，条状正六边形五和条状正六边形六，将所述条状正六边形一、条状正六边形二和条状正六边形三分别复制并沿y轴负方向平移第一介质基板边长三分之一的距离得到条状正六边形七，条状正六边形八和条状正六边形九。

第二介质基板上表面的分形辐射铜薄片具体设计步骤如下,以所述第二介质基板上表面的中心位置为原点建立平面直角坐标系，在坐标原点设计圆形薄片并设计半径小于圆形薄片的正六边形一，将正六边形一复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形三，将正六边形三复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形五，将正六边形五复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形七，将正六边形一复制并顺时针旋转30°得到旋转正六边形，将旋转正六边形缩小为原来的0.88倍得到正六边形二，将正六边形二复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形四，将正六边形四复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形六。所述正六边形一、正六边形二、正六边形三、正六边形四、正六边形五、正六边形六和正六边形七的中心点均位于第二介质基板上表面的中心原点处。将正六边形一与正六边形二作相减操作得到环状三角形铜薄片一，将圆形薄片与环状三角形铜薄片一作相减操作得到环状三角形缝隙一，将正六边形三与正六边形四作相减操作得到环状三角形铜薄片二，将圆形薄片与环状三角形铜薄片二作相减操作得到环状三角形缝隙二，将正六边形五与正六边形六作相减操作得到环状三角形铜薄片三，将圆形薄片与环状三角形铜薄片二作相减操作得到环状三角形缝隙三，将圆形薄片与正六边形七作相减操作得到正六边形缝隙。

带状微带馈电铜薄片一，其有两个90°拐角和带状微带馈电铜薄片二，其有一个90°拐角，在三个拐角的外侧分别有45°的外切角，带状微带馈电铜薄片一的一端与分形辐射铜薄片沿x轴负方向的边界处相接，带状微带馈电铜薄片二的一端与分形辐射铜薄片沿y轴负方向的边界处相接，带状微带馈电铜薄片一和带状微带馈电铜薄片二的另一端与50Ω微带馈电线的长对边分别相接。

第二介质基板的下表面印制的辐射接地铜薄片及圆环缝隙具体设计步骤如下，以辐射接地铜薄片的中心为原点设计半径小于辐射接地铜薄片二分之一边长的圆形铜薄片一，设计半径小于圆形铜薄片一的圆形铜薄片二，将圆形铜薄片一与圆形铜薄片二作相减操作得到圆环铜薄片，将辐射接地铜薄片与圆环铜薄片作相减操作得到圆环缝隙。

本实用新型的技术效果为：一种小型化分形宽带天线具有更小的尺寸、相对较低的回波损耗、更大的宽频带和较高的增益，从而能够在保证高增益的条件下，实现天线的小型化和宽频带。

附图说明

图1是第一介质基板及第二介质基板的侧视结构示意图；

图2是9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片的结构示意图；

图3是分形辐射铜薄片的结构示意图；

图4是辐射接地铜薄片及圆环缝隙的结构示意图；

图5是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的小型化分形宽带天线的回波损耗图；

图6是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的小型化分形宽带天线在XZ平面的辐射方向图。

图中：1、第一介质基板，2、第二介质基板，3、9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片，4.分形辐射铜薄片，5、50Ω微带馈电线，6、带状微带馈电铜薄片一，7、带状微带馈电铜薄片二，8、辐射接地铜薄片，9、圆环缝隙，10、条状正六边形一，11、条状正六边形二，12、条状正六边形三，13、条状正六边形五，14、条状正六边形六，15、条状正六边形六，16、条状正六边形七，17、条状正六边形八，18、条状正六边形九，19、环状三角形缝隙一，20、环状三角形缝隙二，21、环状三角形缝隙三，22、正六边形缝隙。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型具体实施过程中的技术方案进行清楚、完整具体的描述。

此实用新型的核心部分是条状正六边形辐射铜薄片和分形辐射铜薄片的设计，在微带天线设计时需要对小型化分形天线的金属天线贴片的尺寸，介质基板的尺寸、厚度进行理论上的估算，才能在模拟实验的时候更加快速精确地找到适合WiFi频段设计的相关参数要求。所以下面以矩形微带天线为例，讲解微带天线各个数据参数的理论计算方法。

采用微带天线的理论设计方法，利用微带进行馈电，理论设计方法如下：

根据传统的矩形微带天线的理论设计方法来设计微带天线，微带天线贴片的宽W为

在(1)式中，f₀为天线的谐振频率，ε_r为相对介电常数，c为光速。天线的谐振频率f₀为2.45GHz。

辐射贴片的长L为

在(3)式中，h表示介质层厚度，其中εreff是基板的有效介电常数。

为了降低表面波辐射对天线性能的影响，介质基片的厚度应该满足以下的理论计算公式

fm为微带天线的工作的最高频率。

微带天线可以等效为RLC谐振电路进行分析。C为辐射贴片与接地板之间的等效电容，XL为等效感抗，L为等效电感。天线的输入阻抗Zin为

在(6)式中：QT为谐振电路的品质因数。

反射参数Γ为

根据公式(8)可计算得出天线的回波损耗S11和驻波比σVSWR分别为:

S₁₁＝20lg|Γ|(8)

矩形微带天线用的是微带线线进行馈电，当确定了矩形贴片的长度和宽度后，一般在微带天线中加入50Ω的标准阻抗。

一种小型化分形宽带天线，包括上下间距4mm的第一介质基板1和第二介质基板2，该两个介质基板均采用FR_4材料；所述第一介质基板的上表面印制有9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片3；所述第二介质基板的上表面印制有分形辐射铜薄片4、50Ω微带馈电线5、带状微带馈电铜薄片一6和带状微带馈电铜薄片二7，下表面印制有辐射接地铜薄片8，辐射接地铜薄片的中心位置有圆环缝隙9。所述9个正六边形辐射铜薄片3、第一介质基板1、第二介质基板2、分形辐射铜薄片4和辐射接地铜薄片8的几何中心共轴。所述第一介质基板1上表面的9个均匀分布的条状正六边形辐射铜薄片3具体设计步骤如下：以所述第一介质基板1上表面中心位置为原点建立平面直角坐标系，在坐标原点设计正六边形薄片一，并设计半径小于正六边形一的正六边形薄片二，将正六边形薄片一与正六边形薄片二作相减操作得到条状正六边形一10，将所述条状正六边形一10沿x轴正方向平移第一介质基板1边长三分之一的距离得到条状正六边形二11，将所述条状正六边形一10沿x轴负方向平移第一介质基板1边长三分之一的距离得到条状正六边形三12，将所述条状正六边形一10、条状正六边形二11和条状正六边形三12分别复制并沿y轴正方向平移第一介质基板1边长三分之一的距离得到条状正六边形四13，条状正六边形五14和条状正六边形六15，将所述条状正六边形一10、条状正六边形二11和条状正六边形三12分别复制并沿y轴负方向平移第一介质基板1边长三分之一的距离得到条状正六边形七16，条状正六边形八17和条状正六边形九18。所述第二介质基板2上表面的分形辐射铜薄片4具体设计步骤如下：以所述第二介质基板2上表面的中心位置为原点建立平面直角坐标系，在坐标原点设计圆形薄片并设计半径小于圆形薄片的正六边形一，将正六边形一复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形三，将正六边形三复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形五，将正六边形五复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形七，将正六边形一复制并顺时针旋转30°得到旋转正六边形，将旋转正六边形缩小为原来的0.88倍得到正六边形二，将正六边形二复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形四，将正六边形四复制并沿x轴和y轴正方向缩小为原来的0.74倍得到正六边形六。所述正六边形一、正六边形二、正六边形三、正六边形四、正六边形五、正六边形六和正六边形七的中心点均位于第二介质基板上表面的中心原点处。将正六边形一与正六边形二作相减操作得到环状三角形铜薄片一，将圆形薄片与环状三角形铜薄片一作相减操作得到环状三角形缝隙一19，将正六边形三与正六边形四作相减操作得到环状三角形铜薄片二，将圆形薄片与环状三角形铜薄片二作相减操作得到环状三角形缝隙二20，将正六边形五与正六边形六作相减操作得到环状三角形铜薄片三，将圆形薄片与环状三角形铜薄片二作相减操作得到环状三角形缝隙三21，将圆形薄片与正六边形七作相减操作得到正六边形缝隙22。所述带状微带馈电铜薄片一6，其有两个90°拐角和带状微带馈电铜薄片二7，其有一个90°拐角，在三个拐角的外侧分别有45°的外切角，带状微带馈电铜薄片一6的一端与分形辐射铜薄片4沿x轴负方向的边界处相接，带状微带馈电铜薄片二7的一端与分形辐射铜薄片4沿y轴负方向的边界处相接，带状微带馈电铜薄片一6和带状微带馈电铜薄片二7的另一端与50Ω微带馈电线5的长对边分别相接。在所述第二介质基板2的下表面印制的辐射接地铜薄片8及圆环缝隙9具体设计步骤如下：以辐射接地铜薄片8的中心为原点设计半径小于辐射接地铜薄片8二分之一边长的圆形铜薄片一，设计半径小于圆形铜薄片一的圆形铜薄片二，将圆形铜薄片一与圆形铜薄片二作相减操作得到圆环铜薄片，将辐射接地铜薄片8与圆环铜薄片作相减操作得到圆环缝隙9。

图5是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的一种小型化分形宽带天线的回波损耗图，由图可知，该小型化分形宽带天线的带宽为580MHz，回波损耗最小值达到-35dB，其频带匹配性能达到设计要求。

图6是利用HFSS天线模拟仿真软件模拟的小型化分形宽带天线在XZ平面的辐射方向图，由图可知，该小型化分形宽带天线的增益方向为双向型，最大增益达到3.45dB，优于其他相同体积天线的增益，其方向性和增益值均达到设计要求。

一种小型化分形宽带天线专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。