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一种矩形Minkowski分形微带天线设计

2017/4/5    来源:互联网    作者:卫冬冬      
关键字:微带天线  分形Minkowski  
本课题先介绍微带天线,再介绍分形理论的定义,分形维数的概念及其分形结构的函数迭代生成。最后以矩形微带天线开始设计,具体分析矩形微带线的辐射机理,分析分形微带天线的辐射机理根据Minkowski分形理论设计矩形分形微带天线。

    4.4 微带天线的测量

    在我校的实训基地制作的天线如图14(在左上角的微带天线是方形微带天线,以逆时针方向为一阶天线,二阶天线,三阶天线,未焊同轴线),如图15所示为同轴线焊接微带天线,用的是介电常数为4.4和厚度为1.6mm的FR4双面敷铜介质板,采用的是同轴线背馈。

天线的实物

图14 天线的实物

同轴线焊接

图15 同轴线焊接

    对加工好的实物进行测量,主要测量的是方向图和回波损耗。其工作中心频率如表3所示。

表3 天线的回波损耗

天线的回波损耗

    由上表可知其方形微带天线的回波损耗的工作中心频率是2. 81GHz、4.19GHz,其实际测量的为2.73GHz,4.1GHz其误差分别为800MHz,90MHz相对来说其第一个中心的误差比较大。同样在一阶到三阶Minkowski分形微带天线天线上出现1.24GHz的中心频率。一阶的天线的第二个中心频率为2.45GHz与仿真的出的2.57GHz误差相对来说比较大,至于第二个中心频率为3.2GHz与仿真3.4GHz也有一定的误差。同样的对于二阶和三阶天线来说其主要的中心频率的误差也向下下降的一些。对于这种普遍的误差的产生的应该是由于介质板的介电常数的于仿真时的介电常数不一致导成的。与其中心频率下降可知其介电常数应该大于仿真时的介电常数4.4。

方形贴片天线的回波损耗和驻波比

图16 方形贴片天线的回波损耗和驻波比

    上图是设计的天线在用微波矢量网络分析仪测量的回波损耗的实物图,如图16可知方形贴片微带天线的产生的频段共有4个其中第一个的中心频率为1.37GHz比较接近于方形天线的理论计算但是不符合仿真结果,其最大的回波损耗为6dB小于lOdB可以忽略。其第二个的中心频率为2.73GHz与仿真的2.8GHz较为接近,其回波损耗为15.2dB大于lOdB但是与仿真的结果31dB差距比较大。第三个中心频率为3.1GHz,与理论的2.9GHz比较接近但是由上可知其工作频率往往向下偏移那么在其3.7GHz的工作频率相似,其的回波损耗也不是很高在仿真时其回波损耗比较小,可忽略。第四个回波损耗为4.1GHz,与仿真4.18GHz比较接近,其回波损耗为19.6dB也是比较理想但是与仿真的结果误差还是比较大。

    如图17可知一阶分形贴片微带天线的产生的频段共有4个其中第一个的中心频率为1. 24GHz比较接近于上面方形天线的测量的第一个的中心频率的1.37符合分形结构相当于方形天线的中心频率的下降。其最大的回波损耗为9.5dB接近lOdB与仿真的误差比较大极大的可能是馈电的焊接不理想从而使阻抗失配产生了新的工作频段。其第二个的中心频率为2. 45GHz其回波损耗为12.5dB大于lOdB。第三个中心频率为3.29GHz,其回波损耗为20.9dB也是比较理想但是与仿真的结果误差还是比较大。

    第四个为4.7GHz其回波损耗为-15.24dB但是相对来说比较远可忽略。

    由图17可知其二阶天线与三阶天线的回波损耗图的大似相同。都共有三个频段分为为1.24GHz,2.49GHz,和3.3GHz。与一阶天线的回波损耗相比来说,第一个的工作中心频率相同回波损耗的值较为接近,其回波损耗为9.76dB。第二个中心频率相对来说有所提高,其中心频率为2.5GHz,可能是由于分形的介绍的增加使其边界的长度增加从而使去等效电流长度减小,使其工作频率增加。其回波损耗为13.8dB有所减小。第三个工作频率为3.3GHz其回波损耗为18.2dB同时大于lOdB。

所示为二阶和三阶天线的回波损耗和驻波比

图17 所示为二阶和三阶天线的回波损耗和驻波比

    为了拟合偶极子天线,其工作频率为f11,其方向图是最重要的参数,该天线的方向图在微波暗室的测量的天线的参数。

    如图18方形天线的E面的方向图,其天线的工作频率为f11其E面的方向图与普通贴片的工作频率为f01的E面的方向图有很大的区别。其E面的方向可知与偶极子天线的方向图有一定的相似性。其天线的方向图的最大副瓣的增益为5.04dB,波束宽度为53.7度,方向系数为7.3dBi,其最大值为53.9dB。我们测量的工作频率为2.73GHz,其测量的结果与仿真的结果大致相似,对比可知其方向系数的相对来说有所降低其副瓣的的增益也有所的提高,波束宽度也变大了。

责任编辑:程玥
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