分形天线
分形天线一种新颖的天线小型化技术及其应用
摘 要: 分形几何具有重要的特性, 即自相似性和分数维, 可以成功的应用于天线的设计。本文主要介绍了分形的基
本概念, 并对典型的分形天线及其小型化原理进行了简要介绍。
1 引 言
近年来, 无线通信技术以惊人的速度发展, 无论用户身在何处都能够时刻处于连接状态, 这就是所说的“任何时间、任何地点的无线电通信”。而天线和射频设备是决定整个系统性能的关键元件。由于传统的天线已经无法满足
未来的挑战, 这就意味着必须相应地发展天线技术以适应无线系统发展的要求。
目前分形正成为满足未来产品要求的一种有效方法。他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。在用于无线应用中的下一代天线中, 小型化是必须的。因为他必须集成多个设备( 如蜂窝、无线局域网、地理定位、无线电广播装置) , 并需要安置在多个地点( 如机场、办公室、商场、地下场所) , 同时很多设备也需用到小型化天线, 如手机、笔记本电脑、个人数字助理、汽车、手表等。在这种情况下, 用户希望采用尽可能小的天线以便
于方便使用无线设备。此外, 在基站和设备的接入点处, 小型化的天线有助于减少周围环境对无线网络设施的影响。
2 分形几何背景知识
“分形”这一概念是由法国数学家B.Mandelbrot 于1975 年首次提出的, “分形( Fract al) ”这个名词源于拉丁文的“破碎”。分形具有两大主要特征: 自相似性和空间填充性( 即分数维) 。自相似 就是说适当的放大或缩小几何尺寸,
整个结构并不改变, 在各种尺度上都有相同程度的不规则性。分数维 是指用一个特征数( 不一定是整数) 来测定其不平度、复杂性或卷积度。自然界中的许多物体都能用分形来模拟, 如山脉、树分形技术是得益于数学上分形物体的一些特殊性质发展起来的。无论是自然界中的分形还是数学上的分形物体, 都能够通过简单的算法一步步迭代生成, 最终能够具有惊人的复杂结构。分形的特性之一就是“分数维”。这种特性使得分形能够在很小的体积内充分的利用空间, 也是
他能够用于天线小型化设计的一个关键原因。
2. 1 分形曲线生成过程举例
以Koch 曲线的生成方法为例, 把一条直线等分为三
段, 将中间的一段用具有一定夹角的两条等长折线来代
替, 形成一个生成元, 然后再把每个直线段用生成元进行
替换, 经多次迭代后就形成了Koch 曲线( 如图2 所示) 。由
此可见, 在保持高度基本不变时, 曲线的长度却能够做到
无限长。
高艳华等: 分形天线一种新颖的天线小型化技术及其应用
3 几种经典的分形天线
3. 1 Koch 单极天线
分形用于天线小型化设计的第一个例子是Koch 单极
天线( 如图3 所示) , 得名于分形Koch 曲线。当在天线的
设计中应用Koch 曲线时, 谐振频率相对于传统的线性单
极天线以1. 65 的因数降低。所以Koch 单极天线的高度比
传统的线性单极天线小40%[ 1] 。
3. 3 分形环天线 欧氏几何中的环天线有一定的局限性: 谐振环要求巨
大的空间, 小环的输入阻抗很低等。而分形环天线与之相
比有如下优势:
( 1) 天线小型化。在占用空间相同的情况下分形环能
够使天线环的周长为无限长; 在频率较低时, 天线可以在
很小的空间内利用分形曲线实现。
( 2) 使得天线的辐射阻抗增加。
( 3) 分形环天线具有更强的方向性。
目前的分形环天线主要有Koch 分形环、Minkowski
分形环等, 如图6 所示。
图
3. 4 分形天线阵列
分形几何应用于天线阵列的设计主要有两种方式, 分
形单元可用于均匀分布阵列中, 也可以将阵列间距用分形
形式来布局。分形阵列与传统的阵列设计相比有如下特
点:
( 1) 多频、宽频特性。
( 2) 可用迭代算法快速计算方向图。
( 3) 可系统的稀疏阵列。
( 4) 可有效地设计大的平面阵列。
( 5) 可实现低副瓣设计策略。
目前两种典型的分形阵列天线是Cabt or 集阵列和
Weierst ras s 线性阵列[2] 。
4 分形天线的应用举例
对于欧氏几何天线, 要增大定相阵列的扫描角度, 就要减小阵列单元之间的中心距离。然而单元中心距离减小了, 边与边的间距也减小了, 从而相互的耦合干扰却多了;同时, 为减小阵列天线所占空间, 除了减小单元距离, 还要减小单元宽度, 即使单元小型化。但是使欧氏几何天线小型化会单纯地减小其输入阻抗,
使之难以匹配。如果运用同阻抗的分形天线, 单元宽度可以减小很多, 小型化的
问题会迎刃而解。用具体的例子来比较一下标准正方形环形单元与分形环形单元( 如图7 所示) , 他们的输入阻抗相同, 远场区图近似, 响应频率相同。分形单元线阵的单元边距明显大于正方形单元线阵, 有效减小了互耦合。和传统的天线相比, 分形天线除了在减小尺寸方面具有独特优势外, 还有其他优点。如: 分形天线可以增加工作频带( 应用自相似性) ; 具有“自加载”的性质, 不需要额外的调谐线圈、电容等元器件或匹配电路来使其在宽带工作情况下达到阻抗匹配;
采用分形天线还可以简化电路设计、降低系统造价。目前, 基于分形几何设计出的天线已经在UHF ( 862928 MHz ) 频带的无线通信设备中和GSM + DCS( 900 M Hz,
1800 MHz) 双频移动天线系统中得到了应用。更进一步的研究主要集中在GSM
( 900 MHz) , PCS( 1 900 MHz ) 、蓝牙无线通信系统( 2. 4 GHz) 等方面。他
不仅可以在个人手持无线设备(如蜂窝电话) 和其他无线移动设备( 如无线局域网中的laptops、车载天线系统) 中得到应用, 还可以用于卫星通信系统、相控阵雷达系统中,前景十分广阔。
结 语
作为分形几何和天线技术的交叉产物, 分形天线的减少天线尺寸的特有优势,在很多领域都大有用途并有广阔的发展前景, 目前对他的研究还十分有限。如何将分形天线技术融入到现有的无线通信市场的实际应用中去, 是很值得大家深入探讨的。
参 考 文 献
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基于分形的低副瓣天线阵列研究
２０１１年第１期 总第１１３期 通 信 Ｃ０ＭＭＵＮＩＣＡＴ１０Ｎ 对 抗 Ｃ０ＵＮＴＥＲＭＥＡＳＵＲＥＳ Ｎｏ．１ ２０１１ Ｓｕｍ．１１３
基于分形的低副瓣天线阵列研究
何志国，徐风清
（中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴３１４０３３）
摘 要：通过对Ｃａｎｔｏｒ集线阵及其补集、同心圆环分形阵的阵列因子方向图特性的分析，指出大 间距的分形阵列方向图具有高副瓣的缺点，提出了通过分形阵列阵元的锥削密度加权和少量大间距单
元幅度加权相结合的方法来抑制副瓣，改善分形阵的方向图性能，给出了两种具有分形特点的高效率、
低副瓣阵列形式和实际测试结果，为分形天线阵列的工程化应用提供了思路。 关键词：分形；低副瓣；大间距；天线阵列
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｌｏｗ Ｓｉｄｅ－Ｌｏｂｅ Ｆｒａｃｔａｌ Ａｎｔｅｎｎａ Ａｒｒａｙｓ
ＨＥ Ｚｈｉ－ｇｕｏ，ＸＵ Ｆｅｎｇ—ｑｉｎｇ
（Ⅳ０．３６ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＣＥＴＣ，Ｊｉａｘｉｎｇ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３１４０３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ Ｃａｎｔｏｒ ｓｅｔ ａｒｒａｙ，ｉｔｓ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｒｉｎｇ ａｒｒａｙ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ—ｌｏｂｅ ｏｎ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｗｉｔｈ ａ ｌａｒｇｅ ｓｐａｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ａｒｒａｙ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｔｏ ｓｕｐｐｒｅｓｓ ｓｉｄｅ——ｌｏｂｅ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ— ｗｅｉｇｈｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｏｆ
ｐａｒｔ ｏｆ ａｒｒａｙ ｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｉｔ ｓｈｏｗｓ ＯＡｒＯ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗ ｓｉｄｅ—ｌｏｂｅ ｆｒａｃｔａｌ ａｒｍｙ５ ａｎｄ ａｃｔｕａｌ ｍｅａｓｕｒｅ—
基于领带结Sierpinski分形结构的RFID标签天线
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基于领带结Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ分形结构的ＲＦＩＤ标签天线
作者：刘奕昌 关新平
来源：《现代电子技术》2008年第05期
摘 要：基于三角形Sierpinski微带分形贴片，提出了一种新型的小尺寸领带结RFID标签天线设计。通过仿真，给出了该分形天线的端口特性，同时给出了该领带结型Sierpinski标签天线的谐振频率、方向图以及天线效率。结果表明，采用不同维数的分形结构，可以实现多频段的工作特性，因而该天线可以很方便地应用于RFID电子标签中。
关键词：Sierpinski分形结构；分形天线；射频识别；电子标签
中图分类号：TN82 文献标识码：B
文章编号：1004373X(2008)0507402
Bow Tie Sierpinski Fractal Structure-based RFID Tag Antenna
LIU Yichang,GUAN Xinping
(Institute of Electrical Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao,066004,China)
Abstract：A novel miniaturization bow tie RFID tag antenna is proposed based on the triangular
Sierpinski fractal microstrip.The port characteristics of the proposed antenna are presented by
simulation.At the same time,the resonance frequency,the radiation pattern and the efficiency of the
分形理论在雷达天线中的应用
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分形理论在雷达天线中的应用
作者：周 波, 郝晓军, 柳锐锋
来源：《现代电子技术》2010年第11期
摘 要:分形维数大于其相应的拓扑维数,使得分形结构在空间中能够充分填充,以八木天线阵为例,详细说明了分形理论在雷达天线中的应用,并仿真设计了一个一次迭代的六元分形八木天线。所得实测结果与仿真结果一致,说明了分形理论在雷达天线小型化设计应用的可行性和准确性,也为雷达提供了一种性能优良的天线。
关键词:分形理论; 雷达天线; 八木天线; 对称振子
中图分类号:TN953 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)11-0024-02
Application of Fractal Theory in Radar Antenna
ZHOU Bo, HAO Xiao-jun, LIU Rui-feng
(Unit 63892 of PLA, Luoyang 471003, China)
Abstract: The fractal dimension is larger than the corresponding topological dimension, which
makes the fractal structure filled sufficiently. Taking the typical Yagi antenna as an example, the
application of the fractal theory in radar antenna is elaborated, A single-iterated six-element Yagi
antenna was simulated and designed. The comparison shows that the measured results are
一种新颖的Koch分形缝隙天线研究
一种新颖的Koch分形缝隙天线研究
秦冲;陈鹏;刘盛纲
【摘 要】设计了一种新颖的多频带天线.给出了传统矩形波导的归一化宽度公式,并介绍了Koch曲线的基本概念,利用电磁仿真软件HFSS对天线的电特性进行仿真优化.Koch分形结构具有自相似性,故天线具有良好的多频带特性,通过讨论,设计出了3个谐振频率,分别为3.9 GHz,4.5 GHz和13.4 GHz,而且该天线面积小,约为78.7 mm×40 mm.
【期刊名称】《现代电子技术》
【年(卷),期】2008(031)015
【总页数】3页(P51-52,56)
【关键词】Koch;分形天线;基片集成波导;波导缝隙天线
【作 者】秦冲;陈鹏;刘盛纲
【作者单位】电子科技大学物理电子学院,四川,成都,610054;电子科技大学物理电子学院,四川,成都,610054;电子科技大学物理电子学院,四川,成都,610054
【正文语种】中 文
【中图分类】TN820
1 引 言
近几年来，很多学者对基片集成波导(SIW)缝隙天线进行了研究，并取得了较多的研究成果[1]。基片集成波导是一种印刷在介质基片上的新型波导结构，由其构成的毫米波和亚毫米波部件及子系统具有高Q值、高功率容量、易集成等优点。
然而，近年来随着超宽带无线通信技术的发展和移动通信的普及，人们对天线的宽带化和小型化设计提出更高的要求。传统的天线都是建立在欧几里德空间之上的，占据了一定的空间，不利于天线的设计。而且大部分都是外露天线，由一些固定元件构成，隐蔽性不好，集成度不高。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，因此分形是一种与标度无关的几何。研究发现将分形几何用于天线设计当中，不论在天线的尺寸方面，还是在频率特性方面都显现出了传统天线无法比拟的优势。
本文根据典型的Koch分形结构和基片集成波导缝隙天线理论，利用Ansoft公司的HFSS软件，设计出一种具有多频带特性的基片集成波导缝隙天线。
新型古币形超宽带分形印刷天线的设计
第１７卷第５期 ２０１０年１０月 工程设计学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ ＶｏｌＪ１７ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２Ｏ１０
ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—７５４Ｘ．２０１０．０５．０１５
新型古币形超宽带分形印刷天线的设计
曾宪峰 ，张晨新 ，曾会勇 ，谢聪
（１．空军工程大学导弹学院，陕西三原７１３８００；２．西安交通大学理学院，陕西西安７１００４９）
摘要：共面波导和分形结构结合应用，在展宽天线带宽方面具有独特优势．提出了一种新型古币形超宽带分形天 线，采用共面波导馈电，并加载分形缝隙，天线的阻抗带宽大幅提高．给出了天线的表面电流、回波损耗、方向图和 增益结果．对３阶分形天线进行了加工与测试，测试结果表明，天线带宽达到２．６～１６ ＧＨｚ，带宽比大于６：１．仿真 结果与测试结果基本吻合，为超宽带小型化天线的设计提供了新的思路． 关键词：超宽带天线；分形；共面波导 中图分类号：ＴＮ ８２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６—７５４Ｘ（２０ｌＯ）０５—０３９２—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｐｐｅｒ‘。ｃａｓｈ＿。ｓｈａｐｅｄ ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ｆｒａｃｔａｌ ｐｒｉｎｔｅｄ ａｎｔｅｎｎａ
ＺＥＮＧ Ｘｉａｎ—ｆｅｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎ—ｘｉｎ ，ＺＥＮＧ Ｈｕｉ—ｙｏｎｇ ，ＸＩＥ Ｃｏｎｇ
（１．Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｙｕａｎ ７１３８００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＰＷ ａｎｄ ｆｒａｃｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏｇｅｔｈｅｒ ｉｎ ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｖｅ ｕｎｉｑｕｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｉｎ ｂｒｏａｄｅｎｉｎｇ ｔｈｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ．Ａ ｎｏｖｅｌ ｃｏｐｐｅｒ—ｃａｓｈ—ｓｈａｐｅｄ ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）
Sierpinski分形天线特性分析
第２９卷第５期 ２００７年５月 现代雷达 Ｍｏｄｅｍ Ｒａｄａｒ Ｖ０ｌ＿２９ Ｎｏ．５ Ｍａｙ ２００７ ７９
Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ分形天线特性分析
冯文涛 ，张广求 ，屠 振 ，王建华
（１．解放军信息工程大学， 郑州４５０００２；２．中国电波传播研究所， 河南新乡４５３００３）
【摘要】Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ分形天线的结构具有自相似性，从而天线具有良好的多频带特性。文中主要研究了Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ分 形天线频带位置随天线张角和比例因子变化的一般规律，并简要的分析了Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ分形天线阵，绘出了其远场方向图， 讨论了其低副瓣特性。 【关键词】 分形天线；Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ分形天线；Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ分形天线阵 中图分类号：ＴＮ８２０ 文献标识码：Ａ
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ Ｆｒａｃｔａｌ Ａｎｔｅｎｎａ
ＦＥＮＧ Ｗｅｎ—ｔａｏ 。ＺＨＡＮＧ Ｇｕａｎｇ－ｑｉｕ 。ＴＵ Ｚｈｅｎ 。ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｈｕａ
（１．ＰＬＡ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ。 Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００２。Ｃｈｉｎａ）
（２．Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｒａｄｉｏｗａｖｅ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ。Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３００３。Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｓｅｌｆ－ｓｉｍｉｌａｒ－ＳＯ ｉｔ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｍｕｌｔｉ－ｂａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ－ｔｈｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｆ ｉｔｓ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｂａｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌａｒｅ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃａｌｅ ｆａｃｔｏｒ ａｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｓｅｓ ｂｒｉｅｆｌｙ ｔｈｅ Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ－ａｎｄ ｉｔｓ ｆａｒ－ｆｉｅｌｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ａｒｅ ｐｌｏｔｔｅｄ ｔｏ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｓｉｄｅｌｏｂｅ ｌｅｖｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ－ ｔｉｃ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】 ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ；Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ；Ｓｉｅｒｐｉｎｓｋｉ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ
新型平面树状分形偶极子贴片天线的设计
第５０卷第５期 ２０１０年５月 电讯技术 Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．５０ Ｎｏ．５ Ｍａｖ ２０ｌ０
文章编号：１００１—８９３Ｘ（２０１０｝０５一Ｏｏ７６—０４
新型平面树状分形偶极子贴片天线的设计
曾宪峰 ，张晨新 ，王亚伟 ，谢 聪２
（１．空军工程大学导弹学院，陕西三原７１３８００；２．西安交通大学理学院，西安７１００４９）
摘 要：提出了一种采用弧形分支的新型树状分形偶极子天线，简要介绍了树状分形天线的研究进
展，设计了一种新型树状分形天线，并采用一种简单的巴伦馈电结构。二阶分形天线与０阶相比，工 作频率下降了３７．５％。对二阶分形天线进行了实物加工与测量，实验结果与仿真结果吻合较好。
关键词：射频识别；树状分形天线；分形阶数；偶极子贴片；巴伦馈电
中图分类号：ＴＮ８２ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９３ｘ．２０１０．０５．０１７
Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｐｌａｎａｒ Ｔｒｅｅ－ｓｈａｐｅｄ Ｆｒａｃｔａｌ Ｄｉｐｏｌｅ Ｐａｔｃｈ Ａｎｔｅｎｎａ
ＺＥＮＧ Ｘｉａｎ－ｆｅｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎ—ｘｉｎ ，ＷＡＮＧ ｌｅａ．ｗｅｉ ，ＸＩＥ Ｃｏｎｇ２
（１．Ｔｈｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｙｕａｎ ７１３８００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ ａｌｌ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｐｌａｎａｒ ｔｒｅｅ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｐｏｌｅ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａ ｕｓｉｎｇ ａｒｅ ｂｒａｎｃｈ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． ｅ ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒｅｅ．ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａｓ ａｌｌ ｏｕｔｌｉｎｅｄ，ａｎｄ ａ ｎｏｖｅｌ ｔｒｅｅ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｆｅｄ ｂｙ ａ ｓｉｍｐｌｅ
基于Koch岛分形天线的双频段大频差天线研究
第３４卷第１期 ２Ｏ１３年３月 制 导 与 引 信 ＧＵＩＤＡＮＣＥ＆ＦＵＺＥ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２Ｏ１３
文章编号：１６７１－０５７６（２０１３）０１—００４０—０５
基于Ｋｏｃｈ岛分形天线的双频段大频差天线研究
邓小乔
（南京航空航天大学信息科学与技术学院，江苏南京２１００１６）
摘 要：对Ｋｏｃｈ岛分形天线的基模和高次模进行了研究，研究表明：Ｋｏｃｈ岛分形天线高 次模和基模都具有良好辐射性能，且两种模式频比可达３．７：１。对于基模，电流分布在天线的
中间区域；对于高次模，电流在分形不规则的边界形成强烈谐振，可以产生超强方向性的辐射，
使天线增益高达１０．８ ｄＢ。通过ＨＦＳＳ和ＣＳＴ两种不同算法软件的计算结果对比，验证了该 研究方法，为实现高性能的双频段大频差天线提供了一种可行思路和结构。
关键词：分形天线；双频段；频比 中图分类号：ＴＮ８２３．３１ 文献标识码：Ａ
Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ａ Ｄｕａｌ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂａｎｄ Ｖｅｒｙ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ
Ａｎｔｅｎｎａ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋｏｃｈ Ｉｓｌａｎｄ Ｆｒａｃｔａｌ Ａｎｔｅｎｎａ
ＤＥＮＧ Ｘｉａｏ—ｑｉａｏ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ
‘Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｊｉａｎｇｓｕ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅ ｏｆ ａ Ｋｏｃｈ ｉｓｌａｎｄ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎ—
ｎａ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ，ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｍｏｄｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅ ｈａｖｅ ｇｏｏｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｏｄｅｓ ｃａｎ ｂｅ ｍｏｒｅ
新型树状分形天线多频特性分析
第５０卷第１０期 ２０１０年１０月 电讯技术 Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０１．５０ Ｎｏ．１０ ０ｃｔ．２０ｌ０ 文章编号：１００１—８９３Ｘ（２０１０）１０—００７８—０４ 新型树状分形天线多频特性分析 曾宪峰 ，一，张晨新 ，谢 聪２，安和平 ，梁建刚 （１．空军工程大学导弹学院，陕西三原７１３８００；２．西安交通大学理学院，西安７１００４９； ３．解放军９３７８６部队，河 Ｅ张家口０７５０００） 摘 要：提出了一种新型树状分形天线结构。通过对叶脉进行模拟，天线具有良好的多频特性，二阶 分形天线可以在３个频带内良好工作。给出了天线回波损耗、方向图结果。对各阶分形天线进行了 加工与测试，仿真结果与测试结果基本吻合，为多频天线的设计提供了新的思路。 关键词：分形天线；树状分形；分形阶数；多频特性；小型化 中图分类号：ＴＮ８２ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—８９３ｘ．２０１０．１０．０１５ Ｍｕｌｔｉ－ｂａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ Ｎｏｖｅｌ Ｔｒｅｅ－ｓｈａｐｅｄ Ｆｒａｃｔａｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ａｎｔｅｎｎａ ＺＥＮＧ ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎ—ｘｉｎ ，ＸＩＥ Ｇｏｎｇ２，ＡＮ Ｈｅ－ｐｉｎｇ ，ＬＩＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｇａｎｇ （１．Ｔｈｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｙｕａｎ ７１３８００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｘｉ ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００４９，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｕｎｉｔ ９３７８６ ｏｆ ＰＬＡ，Ｚｈａｎｇｊｉａｋｏｕ ０７５０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｎｏｖｅｌ ｔｒｅｅ—ｓｈａｐｅｄ￣ｒａｅｔａｌ ｍｏｎｏｐｅｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｎｅｒｖａｔｉｏｎ ｓｈｏｗｓ￡ｈｅ ａｌｌ— ｔｅｎｎａ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｍｕｌｔｉ—ｂａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｗｏ－ｉｔｅｍｔｉｖｅ ｆｒａｃｔａｌ ａｎｔｅｎｎａ ｃａｌｌ ｂｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｂａｎｄｓ．卟ｅ ｒｅｔｕｒｎ ｌＯＳＳ ａｎｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ａｒｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ａｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉ山ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ．卟ｉｓ ａｎｔｅｎｎａ ｃａｎ ｂｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｕｌｔｉ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｒａｅｔａＪ ａｎｔｅｎｎａ；ｔｒｅｅ—ｓｈａｐｅｄ ｆｒａｅｔａｌ；ｆｒａｃｔａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ—ｂａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚａｔｉｏｎ １引 言 无论是从军事还是从发展国民经济的角度来 说，设计出体积小、工作频带宽、多频带、造价低的微 波天线都是非常有意义的ｌｌ Ｊ。比如，近年来，美国洛 克希德马丁公司致力于研究具有多频带通信能力的 新一代全球定位系统ｌ２ Ｊ，美国海军也为其航母战斗 群研制多频段通信卫星＿３ Ｊ。美国苹果公司最新推出 的ｉＰｈｏｎｅ手机体积及造价都和平常手机差不多，但 是其功能强大，能同时工作于ＵＭＴＳ／ＨＳＤＰＡ（８５０， １ ９００，２ １００ ＭＨｚ）、ＧＳＭ／ＥＤＧＥ（８５０，９００，１ ８００， １ ９００ ＭＨｚ）、Ｗｉ—Ｆｉ（８０２．１ｌｂ／ｇ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ２．０＋ＥＤＲ 以及ＧＰＳ（１ ５７５ ＭＨｚ）。 由于分形几何结构的空间填充特性和自相似特 性［ ，分形几何结构被广泛应用于微波天线的工程 设计之中，从而实现天线的小型化与多频带 Ｊ，而且 不需要特殊的材料等，造价便宜。分形具有某种自 相似的形式，可以是严格的自相似，也可以是近似的 收稿日期：２０１０—０６—１７；修回日期：２０１０～０８—３０ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０９７１１１８）；空军工程大学研究生创新基金资助项目（ＤＹ１０２０２） Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｉｔｅｍ：Ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ（Ｎｏ．６０９７１１１８）；Ｔｈｅ Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｔｕｄｅｎｔ Ｉｎｎｏｖａｔｅｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＦＥＵ（ＤＹ１０２０２） ・７８・
超宽带Koch分形缝隙天线的陷波特性研究
第２８卷第３期 南京邮电大学学报【自然科学版） ２００８年６月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｖ０１．２８ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２００８
文章编号：１６７３－５４３９（２００８）０３－００４４－０５
超宽带Ｋｏｃｈ分形缝隙天线的陷波特性研究
吕文俊，朱洪波
（南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏南京２１０００３）
摘要：提出了超宽带Ｋｏｃｈ分形缝隙天线的设计方法。通过引入Ｋ０一ｅｈ分形，可显著缩小超宽带缝隙天 线的体积，同时还可以通过调整分形缝隙的边界花样长度获得灵活的陷波功能。给出了Ｋｏｃｈ分形 天线的设计过程，通过理论计算和尺度放大实验，研究了天线的陷波性能。实验与理论计算的良好 吻合表明文中提出的方法是正确有效的。 关键词：超宽带；缝隙天线；Ｋｏｃｈ分形；陷波功能 中图分类号：ＴＮ８２ 文献标识码：Ａ
Ｏｎ ｔｈｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｎｏｔｃｈｅｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
Ｕｌｔｒａ．ｗｉｄｅｂａｎｄ Ｋ０ｃｈ Ｆｒａｃｔａｌ Ｓ：ｌｏｔ Ａｎｔｅｎｎａ
ＬＵ Ｗｅｎ－ｊｕｎ，ＺＨＵ Ｈｏｎｇ－ｂｏ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｏｓｔｓ ａｎｄ Ｔｅｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅｂａｎｄ（ＵＷＢ）Ｋｏｃｈ ｆｒａｃｔａｌ ｓｌｏｔ ａｎｔｅｎｎａ．Ｂｙ ｅｍ— ｐｌｏｙｉｎｇ Ｋｏｃｈ ｆｒａｃｔａｌ ｓｈａｐｅ ｗｉｄｅ ｓｌｏｔ，ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ ｍａｙ ｂｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｄｒａｓｔｉｃａｌｌｙ．Ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｋｏｃｈ ｆｒａｃｔａｌ’Ｓ ｅｄｇｅ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｎｏｔｃｈｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ