关键字 |
| 谐振频率，空间填充，宽带。 |
介绍 |
| 1970年，B. Mandelbrot博士创造了分形这个术语。分形象征破碎或不规则的碎片。他利用加斯顿·茱莉亚、皮埃尔·法图和菲利克斯·豪斯多夫[1]-[2]的发现研究了分形和自然之间的关系。他能够证明自然界中存在许多分形，并且可以用来精确地模拟某些现象。分形描述了一组复杂的形状，它们在几何结构中具有固有的自相似性。分形具有递归、无限大、空间填充、自对称性[2]-[10]等特性。由于这些特性，分形具有更高的谐振频率，有助于降低回波损失[17]。因此，反射回源的功率更少，辐射发射更强。分形天线是基于分形的概念，这是一个递归生成的几何，具有分数维。分形天线工程有两个活跃的研究领域。 The purpose of this article is to provide an overview of recent developments in the theory and design of fractal antenna elements, as well as fractal antenna geometries. Many fractal element antennas use the fractal structure as a virtual combination of capacitors and inductors. Due to this an antenna has many different resonances which can be chosen and adjusted by choosing the proper fractal design. |
分形天线的几何形状 |
| A.分形天线的几何形状可以使用迭代过程描述和生成，导致[3]-[4]中提到的自亲和结构。这些可以分为两种类型:确定性和随机性。确定性，就像谢尔宾斯基垫圈和冯·科赫雪花一样，是由几个按比例缩小并旋转的副本组成的。随机分形具有随机元素，这使得模拟自然现象成为可能。第一个要描述的分形几何是谢尔宾斯基垫片[5]。图1所示的是建造谢尔宾斯基垫片的最初几个阶段。构造这种几何分形的过程始于平面中包含的等边三角形。该过程通过从前一个三角形中删除相似的三角形继续进行。这种迭代过程进行了无限次，形成了谢尔宾斯基-垫片分形。从这个定义可以很容易地推断出谢尔宾斯基垫圈是自相似分形的一个例子。 A useful elucidation of Figure 1 is that the black triangle areas represent a metallic conductor, whereas the regions where metal has been removed are represented by the white triangle areas. |
| 然而，与谢尔宾斯基垫片不同的是，后者是通过迭代方式从原始结构中系统地去除越来越小的三角形来构建的，科赫雪花是通过迭代方式在原始结构中添加越来越小的三角形来生成的。图2清楚地展示了这一过程，其中显示了构建科赫雪花几何结构的前几个阶段。上述几何图形在共振、阻抗和指向性方面表现出良好的辐射特性。 |
| B.另一个流行的分形几何被称为科赫雪花[5]。这个几何图形也开始于平面上的一个实心等边三角形，如图2中的“T”所示。 |
文献综述 |
| 朋地出版社。(1996)证明了分形Sierpinski垫圈的多波段行为。他们观察到，这种行为取决于该衬垫的自相似特性，这可能为设计新型频率无关和多波段天线提供了另一种方法，如图5所示。 |
| Yoonjae出版社。(2002)设计了一种新型共形多频带分形天线，超过三频带频率。他们提出了一种Sierpinski分形构型，打印在εr =4.3的介电衬底上，在地平面上，并提出了一种不同的方法来提高其在辐射模式方面的多波段性能，阻抗匹配在三波段频率上也具有可操作性。 |
| Douglas H. Werner和Suman Ganguly(2003)提出了分形天线工程研究的概述。他们描述了分形几何与电动力学的结合，并详细阐述了数学公式。他们详细阐述了被称为分形语言的迭代函数系统。 |
| 拉杰·库马尔等人。(2007)采用接近耦合馈电技术演示了矩形分形。基底介电常数εr =4.3，高h= 1.53mm，初始尺寸为36.08x29.6mm的矩形斑块。第2次迭代得到的分形贴片实验谐振频率fr为2.11 GHz，矩形贴片为2.42 GHz，说明了贴片天线尺寸减小的原因。通过在补片中加入0.8mm的气隙，收缩带宽得到了增强。设计的贴片天线如图7所示。 |
| 陈文玲等。(2009)提出了利用微带进给技术来提高带宽的宽分形槽。实验研究了分形形状的迭代阶数、迭代因子和带宽之间的关系。实验结果表明，该分形天线获得了1.59 GHz的2 db增益带宽，表明该分形天线的阻抗带宽可达到2.4 GHz，工作频率接近4 GHz，是传统微带线馈天线的3.5倍。图8所示为设计的微带天线。 |
| J. Malik和M. V. Kartikeyan(2011)提出了一种与欧几里得型相比的小尺寸天线。他们设计和研究了一个等边三角形贴片天线在谢尔宾斯基垫片。对于双频无线局域网应用，两个不同的补丁是电磁耦合的，具有堆叠结构，工作在2.4 GHz和5.8 GHz两个频率。 |
| Jagadeesha S. Vani等人。(2012)提出了一种多波段分形天线。这种分形采用介电常数εr=4.4的两个衬底垂直放置，厚度为1.6mm。这个天线以多个谐振频率辐射。设计的天线如图10所示。 |
| Saurabh kohli等。(2013)演示了I型多波段分形天线。通过对天线进行三次迭代，得到的天线谐振频率分别为4.7 GHz、6.5 GHz、7.7 GHz和8.5 GHz，带宽分别为150 MHz、135MHz、520 MHz和1.2 GHz。它的应用领域包括国防和安全通信。设计的天线如图11所示。 |
结论 |
| 从讨论中，我们分析了分形在天线几何中的以下主要好处: |
| •随着分形迭代次数的增加，谐振频率增加，从而导致更低的回报损失。 |
| •多波段和宽带频率响应，这是由于天线的分形几何的固有属性。 |
| •与传统设计的天线相比，尺寸紧凑，同时保持卓越的效率和收益。 |
| •简单和机械坚固性。分形天线的特性是由其几何形状而不是通过添加离散元件来获得的。 |
| •能够设计特定的多频率特性，包括指定的停止带以及特定的多通带。 |
| 得出三角形分形天线比其他分形天线具有更大的带宽和工作频率。分形天线工程研究领域正处于早期发展阶段。 |
数字一览 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
图4 |
图5 |
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| 图6 |
图7 |
图8 |
图9 |
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参考文献 |
- 杨欣，J. Chiochetti, D. Papadopoulos, L. Susman，“分形天线元件与阵列”，应用。《无线微波》第11卷第1期5，第34-46页，1999年5月。
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- J. P. Gianvittoria和Y. rahmatt -samii，“分形元天线:具有新特征的复杂配置”，2000年ieee天线与传播学会国际研讨会，第3卷，盐湖城，1688-1691页，2000年7月16-21日。
- H. O. Peitgen, H. Jurgens, D. Saupe, Chao和分形:科学的新前沿，纽约，Springer-verlag, Inc.， 1992。
- D. H. Werner, R. L. Haupt，和P. L. Werner，“分形天线工程:分形天线阵列的理论和设计”，IEEE天线传播杂志，第41卷，第5期，37-59页，1999年10月。
- Douglas H. Werner，和sumananguly，“分形天线工程研究概述”，IEEE天线和传播杂志，卷。2003年2月，45，第1期，第38-57页。
- Raj Kumar, P. Malathi和J. P. Shinde，“微型分形天线的设计”，第37届欧洲微波会议，2007年10月。
- J. Malik，和M. V. Kartikeyan，“一种用于WLAN应用的具有Sierpinski衬垫分形的堆叠等边三角形贴片天线”，《电磁研究进展》，第22卷，第71-81页，2011年3月。
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- Saurabhkohli, Sukhwinder Singh Dhillon, AnupamaMarwaha，“无线应用的多波段分形微带贴片天线的设计与优化”，IEEE计算机学会，2013。
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- 尹载等，“基于分形概念的新型共形多波段天线设计”，IEEE，第92-95页，2002。
- 陈文玲等，“带分形槽的微带线馈电印刷宽槽天线的带宽增强”，《天线与传播学报》，第57卷，第7期，2009年7月。
- 维基百科，“共振频率，”
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