分形天线的特性与应用

分形天线是分形几何和天线技术交叉的产物。与传统天线比较,在性能保持相近的情况下,它表现出两个突出的优点:能够在多频段下工作、可以缩小天线尺寸。本文以Sierpinski Gasket天线为例,介绍了它的多频段特性;以Koch分形天线为例,说明了分形天线在缩小天线尺寸方面的优势。介绍了分形天线在UHF频段的应用现状,指出了进一步研究分形天线需要解决的若干问题。     

分形天线与阵列技术

分形设计使天线和阵列在结构、频带、副瓣等方面获得显著改进。本文在综述了这一新颖技术的基本特性和应用后,简要介绍了几种常用的分形天线和阵列设计。引用的实验和模拟结果表明,这种技术能有效减小天线尺寸、提高辐射带宽和效率、明显降低单元互耦和交叉极化。     

Sierpinski分形天线特性分析

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。     

分形理论在天线技术中的应用

文中针对分形的独特特征一自相似性（或自仿射性）和空间填充性，论述了将其运用于天线设计中。与传统的天线相比，在保持相同性能的条件下，这种天线有两个突出的优点：天线尺寸缩减和多频带性。文章还分析研究了分形几何在天线阵列设计中的应用，并探讨了分形理论在天线研究中的发展趋势和需要解决的问题。     

分形环单元八木天线的特性

介绍了应用分形原理设计环八木天线,采用分形环单元来替代传统环八木天线的圆环或方环,利用分形图形的空间填充特性来减小横向设计尺寸,以实现天线的小型化设计.以中心频率为900 MHz的Minkowski分形环单元八木天线为例,说明了天线的设计过程,设计结果表明该天线具有较为理想的技术指标,同时,相对于传统的环八木天线,采用分形结构可以使尺寸明显减小.     

一种向外延伸矩形的Minkowski分形超宽带天线

设计了一种向外延伸的闵科夫斯基(Minkowski)分形超宽带天线。该天线采用二阶向外延伸矩形的Minkowski分形,矩形结构的有限接地面使天线获得良好的阻抗匹配,进而实现天线的超宽带性能。经过优化,天线的工作频带可达到3.1~11.2 GHz,相对带宽为113.3%,天线的尺寸为38 mm×32 mm×1 mm。满足了超宽带通信对天线的要求,而且结构简单,尺寸小,易于集成。     

新型树状分形天线多频特性分析

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 。     

RFID分形阅读器天线设计

研究了不同阶数的Minkowski分形微带贴片天线的性能,给出了一种双层2阶Minkowski分形阅读器天线,仿真结果表明,天线在谐振频率点处具有良好的性能,且尺寸大小为30mm×30mm,与普通的方形贴片天线相比,其面积大约减少了43．75％,宽度减少了25％,具有较好的尺寸缩减特性,天线的性能和尺寸能满足手持RFID阅读器的要求。该天线设计具有结构简单、易于制作等特点,适合用于RFID阅读器天线的小型化设计。     

分形在天线雷达散射截面减缩中的应用

首次提出利用分形独特的填充性能实现天线雷达散射截面(RCS)减缩，同时，分形单元可以减缩单元间的耦合，提高阵列的性能。给出了分形天线与常规天线辐射、散射特性的对比，表明将分形的概念用于天线设计中，不仅可以减小互耦，提高天线阵列的辐射性能，而且也可以减小天线的雷达散射截面，对天线的隐身有一定的借鉴作用。     

一种高增益分形微带阵列天线

采用2阶皮亚诺分形曲线,设计了一种具有高增益端射特性的微带阵列天线。该阵列天线由多段皮亚诺分形曲线组成,通过添加微带相移器,分形曲线构成了一个偶极子天线阵列。文中介绍和分析了该分形阵列天线的工作原理、结构和主要参数对性能的影响。设计并制作了一只工作于5.8 GHz的分形阵列天线,仿真和测试结果表明,该天线具有良好的辐射特性,其端射增益达19 dB,旁瓣＜-12 dB,交叉极化＞30 dB,天线口径效率超过90%。     

射频开关加载的Koch振子天线研究

将射频开关和Koch分形振子天线相结合,设计了一种可工作在多个频段的射频开关加载的Koch振子天线。通过控制射频开关的通断,可使所设计的天线工作在几个不同的频段。所设计的Koch振子天线与普通振子天线相比,其长度有较大幅度的减小。HFSS软件仿真表明所设计的天线在几个不同的频段都具有良好的性能。     

一种新型微带分形贴片天线的设计

采用两点格式法构造了一种新型的分形结构,并利用其设计了微带分形贴片天线,采用AnsoftHFSS软件对天线进行仿真优化,然后制作了实物并完成实验测量。仿真结果和测量数据表明:一阶和二阶微带分形贴片天线的面积尺寸较传统微带贴片天线分别能够缩减46.85%和60.01%,这与传统的Koch微带分形贴片天线和Minkowski微带分形贴片天线比较,具有良好的尺寸缩减性。因此,该结构在天线小型化领域具有研究价值。     

一种X 和Ka 波段频率可重构Koch分形振子天线研究*

将射频开关和Koch分形振子相结合,设计了一款结构紧凑的可工作于X和Ka两个波段的频率可重构天线,所设计的天线长度约为相同谐振频率普通振子天线的80％.天线工作于Ka频段时,由于天线中被射频开关断开的其它部分对其辐射性能的影响严重,会使Ka频段的方向图发生严重变形,因此我们又对天线进行了改进优化.改进后的天线由Koch分形振子和其前端另外延伸增加的一普通振子构成,改进天线在X频段和Ka频段的性能分别由Koch分形振子和普通振子所决定.仿真和实测结果表明:改进优化后的天线在X和Ka两个频段都具有良好的性能.     

基于矩量法的分形环八木天线的特性分析

八木天线是一种常用的天线形式.本文将Minkowski分形环应用于八木天线设计中,利用分形结构的空间填充特性来减小天线的横向尺寸,从而实现天线小型化设计.设计了工作于880～960MHz的6元二阶Minkowski分形环八木天线,以矩量法为核心对设计天线进行数值分析,将线天线模拟为细带线模型,天线表面采用三角单元进行剖分,RwG基函数作为电流展开函数.同方环八木天线进行了比较,在驻波特性、辐射特性相似情况下,分形环八木天线的尺寸缩减了29.8%.     

一种顶部加载型Sierpinski垫片天线的分析

将分形几何应用于天线设计可以产生具有多频段或小型化特征的分形天线。传统的多频段分形天线Sierpinski垫片天线由于是有限次迭代生成的,它存在截取效应低端谐振频率比值几乎是其几何相似性因子的两倍,从而限制了其实际应用。本文针对一种小型化的加载型Sierpinski垫片天线进行了有效的研究,证实了加载对降低天线高端谐振频率的有效性,同时分析了结构参数对其工作频段的影响并提出了增大天线张角的方式以进一步小型化天线。     

新型平面树状分形偶极子贴片天线的设计

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.     

测控通信系统中的天线新技术

探讨了测控通信系统中的天线新技术,分析了目前测控天线面临的技术困境和相应的解决办法.详细研究了天线组阵、数字多波束天线以及共形有源相控阵天线的可行性,并对目前的技术趋势作了探讨.最后给出了测控天线发展的新方向和形式,指出在测控通信系统中,测控天线将会向智能蒙皮、大规模集成、超宽带、小型化、低RCS等方向发展;频段将由微波频段向毫米波频段,甚至光波段延伸;新兴天线将会融合多种技术,性能必将进一步提升,更能满足用户需求.     

Koch岛分形天线基模和高次模研究

主要研究了Koch岛分形天线的基模和高次模。研究表明,Koch岛分形天线高次模和基模都具有良好的辐射性能,且2种模式频比可达4.6∶1。基模的电流分布在天线的中间区域;高次模的电流分布在分形不规则的边界,形成强烈谐振。对Koch岛分形天线的基模和高次模的深入研究,为设计出性能优良的大频差天线打下了基础。