用于無線傳輸?shù)姆中握郫B偶極子天線

　　摘要：無線傳輸系統(tǒng)是可視化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺的重要組成部分，直接決定了可視化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺的應(yīng)用前景，而天線設(shè)計(jì)是決定無線傳輸系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文針對無線傳輸系統(tǒng)對天線的要求，設(shè)計(jì)了一款π型分形折疊偶極子天線，用矩量法對所設(shè)計(jì)的天線進(jìn)行仿真分析;用腐蝕工藝制版法制作天線樣品，并對天線的性能進(jìn)行測試。測試結(jié)果顯示該天線能夠同時實(shí)現(xiàn)小尺寸、低厚度、低回波損耗、大工作帶寬和全向輻射這五個要求。

　　網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù)是一種重要的信息可視化技術(shù)，它以圖形的形式將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)直觀地展示出來，利用人類視覺感知的高效性直觀地解釋網(wǎng)絡(luò)組成與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，幫助網(wǎng)絡(luò)用戶快速了解網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析及管理領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

　　隨著電子產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，越來越多的便攜式電子產(chǎn)品成為人們的網(wǎng)絡(luò)瀏覽工具，筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)等具有無線上網(wǎng)功能的電子產(chǎn)品的熱銷，從一個側(cè)面反映了無線上網(wǎng)正在成為和傳統(tǒng)的有線上網(wǎng)同等重要的上網(wǎng)方式。無線傳輸系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù)相結(jié)合，可以擴(kuò)大可視化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺的應(yīng)用領(lǐng)域，讓用戶隨時隨地都可通過便攜式電子產(chǎn)品享受可視化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　天線設(shè)計(jì)及制造技術(shù)是無線傳輸系統(tǒng)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一，天線所形成的電磁場強(qiáng)度和有效作用范圍決定了無線傳輸系統(tǒng)的工作距離和范圍，因此天線技術(shù)的發(fā)展對無線傳輸系統(tǒng)的性能和應(yīng)用前景具有決定性的影響[2]。

　　無線傳輸系統(tǒng)對天線的要求

　　近年來，隨著無線傳輸系統(tǒng)的飛速發(fā)展，人們對無線傳輸系統(tǒng)的天線性能提出了更高的要求。無線傳輸系統(tǒng)需要作為一個模塊，融入便攜式電子產(chǎn)品中，這就需要其尺寸足夠小，無線傳輸系統(tǒng)的天線也就要求具有小尺寸和低厚度。電子產(chǎn)品的移動性和便攜性要求無線傳輸模塊可以隨時隨地發(fā)送和接收信息，這就要求其天線具有全向或半球覆蓋的方向性。在實(shí)際應(yīng)用中，無線傳輸系統(tǒng)所處的環(huán)境具有不確定性，這就需要其天線在性能上有足夠的冗余，有較低的回波損耗和較大的工作帶寬，并有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性。目前，應(yīng)用最廣泛的無線局域網(wǎng)使用的ISM頻段為2.4～2.4835GHz，無線傳輸系統(tǒng)的天線必須完整地覆蓋ISM頻段[3]。

　　綜合考慮以上要求，一款實(shí)用的無線傳輸系統(tǒng)天線必須滿足以下性能要求：能夠置于便攜式電子產(chǎn)品中，尺寸應(yīng)小于30mm×30mm;厚度應(yīng)小于2mm;天線的回波損耗(S11)值在整個工作頻帶內(nèi)都在-10dB以下，回波損耗最小值應(yīng)小于-20dB;天線的工作頻帶應(yīng)完全覆蓋ISM頻段(2.4～2.4835GHz)，并有較大的帶寬冗余，工作帶寬應(yīng)大于200MHz;天線應(yīng)具有全向輻射特性。

　　分形天線簡介

　　上世紀(jì)七十年代，法國數(shù)學(xué)家B.B.Mandelbrot在總結(jié)了自然界中非規(guī)則幾何圖形后，第一次提出了分形這個概念[4]，認(rèn)為分形幾何學(xué)可以處理自然界中那些極小規(guī)則的構(gòu)型，指出分形幾何將成為研究許多物理現(xiàn)象的有力工具。到了20世紀(jì)80年代，關(guān)于波與分形結(jié)構(gòu)相互作用的研究促進(jìn)了分形電動力學(xué)的發(fā)展[5]，而分形天線正是分形電動力學(xué)的眾多應(yīng)用之一。它能夠使得我們有效地設(shè)計(jì)小型化天線或把多個無線電通信元件集成到一塊設(shè)備上。分形幾何是通過迭代產(chǎn)生的具有自相似特性的幾何結(jié)構(gòu)，它的整體與局部之間以及局部與局部之間都具有自相似性，天線的分形設(shè)計(jì)是電磁理論與分形幾何學(xué)的融合。研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)天線相比，分形天線具有小型化、寬頻帶、多頻工作、高輻射電阻、自加載等一系列優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地滿足無線傳輸系統(tǒng)對天線的要求。

　　π型分形折疊偶極子天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　典型的偶極子天線由兩段同樣粗細(xì)和等長的直導(dǎo)線排成一條直線構(gòu)成，信號從中間的兩個端點(diǎn)饋入，為了縮小天線的尺寸，以符合小型化的要求，我們采用π型分形折疊技術(shù)對偶極子天線臂進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。

　　π型分形折線的構(gòu)造過程如下：設(shè)初始單元為一條橫向直線段，將其分為三段，左右兩段的長度為，中間一段的長度為;分別在左右兩段橫向線段和中段橫向線段間插入兩段長度為的縱向線段，即構(gòu)成一個橫向比例系數(shù)，縱向比例系數(shù)的1 階π型折線。經(jīng)過1 階π型分形折疊，初始單元的有效長度由增加到，長度放大倍數(shù)。

　　通過改變和的值，可以得到不同的1 階π型分形折線，如圖1(a)、(b)所示。對1 階π型分形折線的所有直線段按照一定的和的值(為了避免出現(xiàn)線段交叉，需滿足，)依次迭代生成了2階π型分形折線，如圖1(c)所示。這樣迭代下去，可生成高階的π型分形折線。