一种矩形Minkowski分形微带天线设计

1.引言

    对于现在传统上的天线，例如单极子天线，偶极子天线和螺旋天线都是是欧式几何结构的天线。他们虽然可以满足无线通信系统的要求，但是在天线的小型化和多频化的处理比较难，特别是在短波波段、超短波波段天线设计时，传统的欧式几何天线比较难设计。而且为了多频段天线时，欧式几何天线通过多分支寄生贴片单元来实现，但是这样的话天线就比较复杂。相对于传统的欧式几何的天线，分形天线比较好的解决天线的小型化和实现多频技术。

    对于用于宽频通讯的微带分形天线，谢宾斯基(Sierpinski)毯天线获得多频工作性能。缩放因子为1/3，与一个完全几何对称的分形结构，当迭代次数为3，在励磁装置的1倍频，3次三个不同频率的谐振频率的天线的工作频率，频率的9倍。从测试结果的表明，在每个频段，回波损耗优于-10dB，增益都大于7dB。而且在三个工作频率都表现较好的阻抗匹配性能。

    新的天线效率更高的共形通信柱(conform al communications cylinders：ComCyl)天线。这是一个薄的电路板更复杂的天线蚀刻，最后将板压在空心套筒。在美国佛罗里达州的分形天线系统完成公布2000 comcyl天线，可以防止用户接触天线有效。

2.微带天线与分形天线

    微带天线是由比较薄的金属贴片以远小于波长的间隔置于接地面上而形成的天线。微带贴片具有侧发光方向的最大辐射，这可以通过使用不同的斑块形状的激励来实现的，不同的斑块形状的端射辐射也可以实现。一般来说矩形贴片天线，其长度一般为三分之一的波长到二分之一波长之间。微带贴片与接地面之间有一层介质基片。

    分形，是作为数学术语，其主要研究分形特征的数学理论。分形理论是非线性科学的最重要的分支。相对于几何形态，很好的与微分方程和动力系统的相结合。分形几何是一门几何学，研究的对象也是欧式的一类比较复杂的结构的子集。分形天线是一种具有分形特征的天线，也是一种探索天线的小型化和多频化重要的研究方面。它从结构上解决了传统天线的性能高度依赖天线的电尺寸以及参数随工作频率改变而改变的两个主要局限性并具有一个复杂形状的特别的优势。

    分形天线单元在分形阵列应用中比较典型的是谢宾斯基(Sierpinski)垫片天线、康托(Cantor)集分布的阵列。而且还可以快速计算阵列方向图的迭代算法可以系统地稀疏也平面阵列实现大低旁瓣设计战略的有效设计。

3.辐射机理

    微带天线的辐射机理实际上是高频的电磁泄露，由于微波电路不是被导体完全封闭，那么电路中就不连续的地方产生了电磁辐射。例如，开放式微带电路，由于突变的结构尺寸和弯曲产生的电磁泄漏不连续。相对频率的变化时电磁辐射的量也大有不同，当低频时，微带天线的电尺寸较小，因此电磁泄露量比较小，随着频率的变高，电尺寸随之变大，泄露量也随之变大。