專利名稱：：一種樹狀微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種樹狀微帶天線，屬于無線電設(shè)備中的天線領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：天線是無線電設(shè)備中的關(guān)鍵部件，它承擔(dān)著能量轉(zhuǎn)換功能和定向輻射或接收的作用，直接決定電磁能量在空間傳輸?shù)男?，影響整個(gè)無線系統(tǒng)工作效果。隨著移動(dòng)通信事業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)天線性能提出了許多特殊的和苛刻的要求。例如在無線通信系統(tǒng)中，要求天線要同時(shí)具備寬帶化、結(jié)構(gòu)小型化、結(jié)構(gòu)簡單、容易大批量加工制作和成本低廉等性能。傳統(tǒng)的天線類型很難同時(shí)滿足上述所有性能要求。樹是自然界大量存在的一類植物，受其形態(tài)啟發(fā)，天線設(shè)計(jì)者們?cè)O(shè)計(jì)了樹狀天線，在天線寬帶、小型化等方面取得了一些成果1.基于分形理論研制的分形樹天線，包括二叉分形樹天線、三叉分形樹天線、三維分形樹等多類，既有金屬線天線結(jié)構(gòu)，也有微帶結(jié)構(gòu)。利用分形理論設(shè)計(jì)分形樹天線，其結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，結(jié)構(gòu)參數(shù)較少，因此降低的天線設(shè)計(jì)難度，但其結(jié)構(gòu)自由度不高，在天線性能提高上存在一定的局限型。2.天線設(shè)計(jì)者采用金屬線天線結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了有三維結(jié)構(gòu)自由度的樹狀天線。但天線加工涉及金屬機(jī)械加工，三維結(jié)構(gòu)自由度造成在加工難以準(zhǔn)確地對(duì)樹狀天線中的樹枝定位，因此加工難度大，不利于樹狀天線在工程中廣泛推廣應(yīng)用。樹狀天線有較多研究報(bào)導(dǎo)，如《IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION》第8期25巻(2004)論文"MiniatureReconfigurableThree-DimensionalFractalTreeAntennas"通過終點(diǎn)加載的方法減小了三維單極子分形樹天線結(jié)構(gòu)尺寸；《ELECTRONICSLETTERS》第25期32巻(2008)論文"MuItibandpropertiesofafractaltreeantennageneratedbyelectrochemicaldeposition"利用電極沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)一種二維的多頻帶分形樹天線；《IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION》第4期55巻(2008)論文"StudyofanElectrochemically國Deposited3-DRandomFractalTree-MonopoleAntenna，，利用電極沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三維的多頻帶分形樹天線。D.S.Linden在其博士畢業(yè)論文"AutomatedDesignandOptimizationofWireAntennasusingGeneticAlgorithms"(MIT,Sep.1997)中采用遺傳算法設(shè)計(jì)了采用金屬線天線結(jié)構(gòu)的樹狀天線。但天線加工制作難度大，沒有在工程中廣泛推廣應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種新型樹狀微帶天線。其特點(diǎn)是采用微帶結(jié)構(gòu)和印刷技術(shù)制作二維平面結(jié)構(gòu)的樹狀天線。本發(fā)明目的由以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)樹狀微帶天線樹狀微帶天線采用印刷技術(shù)制作在一塊印刷電路板(PrintedCircuitBoard,PCB)上；印刷電路板由饋電和輻射單元層、介質(zhì)層和金屬地層構(gòu)成；天線的饋電和輻射單元層由樹干和若干樹枝組成；樹干為天線饋電單元，采用微帶傳輸線結(jié)構(gòu)，樹干的一端位于PCB板的邊緣，該端為天線饋電端口，樹干包含一段阻抗變換段，該段金屬線寬度漸變以實(shí)現(xiàn)天線輸入阻抗變換，實(shí)現(xiàn)天線阻抗匹配；從樹干的阻抗?jié)u變段出發(fā)生長出若干樹枝，樹枝組成天線的輻射單元，樹枝可以有任意的延伸角度和長度；金屬地層與輻射單元之間設(shè)有介質(zhì)層；金屬地層中與樹干對(duì)應(yīng)部分涂敷金屬層，為饋電單元提供金屬地。樹干和樹枝為不同寬度的金屬線組成。介質(zhì)層為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.樹狀微帶天線采用印刷技術(shù)制作于印刷電路板，不需要金屬機(jī)械加工。具有加工精度高，成本低廉和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)加工時(shí)間短，有利于大批量生產(chǎn)。2.樹狀微帶天線為二維平面結(jié)構(gòu)，輻射單元中樹枝有任意的延伸長度和角度，整體結(jié)構(gòu)自由度大，能夠?yàn)樘炀€設(shè)計(jì)提供了較多的可利用結(jié)構(gòu)參數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)寬帶、小型化等優(yōu)良輻射性能。圖1為樹狀微帶天線三層結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖圖2為樹狀微帶天線饋電和輻射單元層正視圖圖3為樹狀微帶天線金屬地層正視圖圖4為樹狀微帶天線的饋電端口反射系數(shù)測(cè)試曲線1.饋電和輻射單元層，2.介質(zhì)層，3.金屬地層，4.樹干，5.樹干的阻抗?jié)u變段6.樹枝具體實(shí)施方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例樹狀微帶天線的整體結(jié)構(gòu)如圖13所示，樹狀微帶天線印刷在一塊印刷電路板上。該印刷電路板分為兩層金屬涂敷層即輻射單元層1和金屬地層3，和一層介質(zhì)層2，印刷電路板的介質(zhì)層為聚四氟乙烯材料，相對(duì)介電常數(shù)為2.65,厚度為lmm。樹狀微帶天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)通過樹生長競(jìng)爭算法(一種模擬自然界中樹生長過程的優(yōu)化算法)獲得。優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)參數(shù)為-在輻射單元層，樹干4包括一段長度為5mm，寬度為2.842mm的傳輸線段，特征阻抗為50歐姆，再連接一段長度為29.77mm，寬度由2.842mm漸變?yōu)?.6243mm的阻抗?jié)u變段。由傳輸線段和阻抗?jié)u變段組成的樹干構(gòu)成了樹狀微帶天線的饋電單元。作為天線輻射單元的樹枝共包含了12條樹枝，其寬帶為0.6243mm，樹枝位置的坐標(biāo)參數(shù)詳見表1所示。在金屬地層，與作為天線饋電單元的樹干相對(duì)應(yīng)部分被涂敷了金屬，作為饋電單元的金屬地。金屬地的寬度與介質(zhì)板寬度一致，長度為樹干長度，即34.77mm。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)參數(shù)，加工制作了天線模型并進(jìn)行了性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果詳見圖4所示，結(jié)果表明該樹狀微帶天線的SlK-10dB頻率范圍從2.45GHz到4.45GHz，達(dá)到了56.73%，表明該天線具有非常寬的阻抗帶寬，即具備超寬帶工作性能。表l:樹狀微帶天線的樹枝位置的坐標(biāo)參數(shù)起點(diǎn)坐標(biāo)終點(diǎn)坐標(biāo)樹枝編號(hào)X(畫)Y(mm)X，(蘭)Y，(畫)1034.77077.182038.027.81362.043042.05-12.2750.684059.8814.3973.773.09462.86-2.26066.846037.77-10.7383.035<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1.一種樹狀微帶天線，其特征在于該天線采用印刷技術(shù)制作在一塊印刷電路板上，印刷電路板由饋電和輻射單元(1)與介質(zhì)層(2)和金屬地層(3)構(gòu)成，天線的饋電和輻射單元(1)由樹干(4)和若干樹枝(6)組成；樹干為天線饋電單元，采用微帶傳輸線結(jié)構(gòu)，樹干的一端位于印刷電路板的邊緣，該端為天線的饋電端口，樹干中包括一段阻抗?jié)u變段(5)實(shí)現(xiàn)天線阻抗匹配；從樹干的阻抗?jié)u變段(5)出發(fā)生長出若干樹枝，樹枝組成天線的輻射單元，樹枝有任意延伸角度和長度；金屬地層(3)與輻射單元(1)之間設(shè)有介質(zhì)層(2)；金屬地層與樹干對(duì)應(yīng)部分涂敷金屬層。2.如權(quán)利要求1所述樹狀微帶天線，其特征在于樹干(4)和樹枝(6)為不同寬度的金屬線組成。3.如權(quán)利要求1所述樹狀微帶天線，其特征在于介質(zhì)層(2)為聚四氟乙烯或環(huán)氧樹脂。全文摘要本發(fā)明公開了一種樹狀微帶天線，其特點(diǎn)是該天線采用印刷技術(shù)制作在一塊印刷電路板上，印刷電路板由饋電和輻射單元(1)與介質(zhì)層(2)和金屬地層(3)構(gòu)成，天線的饋電和輻射單元(1)由樹干(4)和若干樹枝(6)組成；樹干為天線饋電單元，采用微帶傳輸線結(jié)構(gòu)，樹干的一端位于印刷電路板的邊緣，該端為天線的饋電端口，樹干中包括一段阻抗?jié)u變段(5)實(shí)現(xiàn)天線阻抗匹配；從樹干的阻抗?jié)u變段(5)出發(fā)生長出若干樹枝，樹枝組成天線的輻射單元，樹枝有任意延伸角度和長度；金屬地層(3)與輻射單元(1)之間設(shè)有介質(zhì)層(2)；金屬地層與樹干對(duì)應(yīng)部分涂敷金屬層。它具有寬帶、制作簡便和成本低的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)H01Q13/08GK101505001SQ20091005850公開日2009年8月12日申請(qǐng)日期2009年3月5日優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日發(fā)明者劉長軍,偉華,楊曉慶,翔趙,郭慶功,閆麗萍,星陳,黃卡瑪申請(qǐng)人:四川大學(xué)