一种新型加载Sierpinski垫片天线的设计

2 Sierpinski分形天线
Sierpinski三角形是由波兰数学家Sierpinski提出的一种分形结构，图2显示了使用迭代函数系统(IFS)构造Sierpinski分形天线的过程，它的分形维数为：D=In 3／In 2=1．58。


2．1 Sierpinski分形结构的边长对天线性能的影响
对于Sierpinski分形天线，这里研究了角度均为600，比例因子均为0．5时，三角形的边长分别为48 mm，56 mm，60 mm时，基于0阶和1阶的偶极子天线性能。天线结构如图3所示。利用HFSS 11．0进行仿真，其中1阶分形结构仅列出低频谐振频率，仿真结果如表1所示。


表1仿真结果表明：在天线比例因子不变，角度不变的条件下，随着边长的增长，谐振频率、谐振深度、带宽BW(VSWR2)均在逐渐减小，这是由于增益虽然变化不是十分明显，但是依然可以看出边长为60 mm时天线的增益最大，这有益于天线校正。总之，基于Sierpinski分形结构的天线的第一谐振频率与天线的周长和高度有关。在保持天线的周长和高度不变的条件下，阶数的变化不会影响第一谐振频率点。
2．2 角度不同，对天线性能的影响
对于0阶Sierpinski分形天线而言，其实它就是两块三角形的平板，三角形板型天线为宽频带天线，这里研究当其两条边相同，但其所夹角不同时，天线的性能。天线的边长为60 mm时，所夹角分别为30°，60°，90°，由HFSS 11．O仿真得其天线性能如表2所示。


从表2的仿真结果可以看出，角度为30°时，其天线的增益最大，同时，无论是角度大小，其谐振频率基本上是不变的。这是因为，对于Sierpinski垫片分天线而言，电流主要沿着三角形的两条边流动，而此时天线的边长都相等，所以谐振频率基本不变。
2．3 比例因子对天线性能的影响
文献中比较了张角θ=60°不变的条件下，比例因子δ分别为1．5和1．67对Sierpinski分形天线谐振频率的影响。结果表明随着比列因子δ的减小，天线的谐振频率将向低频端移动。每种天线相邻谐振频率间的比率除第一个以外，均与其各自的比例因子值基本相同。谐振频率间的第一个比值相对偏大，这是因为在天线的低频段，电流分布于整个天线表面，天线的终端效应比较强的缘故。研究表明Sierpinski分形天线迭代次数的增加，会出现多个谐振频率点，且第一个谐振频率点与三角形的高度有关，辐射方向图与天线在空间的分布有关，而与天线的迭代次数没有关系。同时也给出，当角度减小到一定程度时，天线的多频段特性均不明显。

3 新型分形加载的Sierpinski垫片天线
基于以上分析，设计出一款谐振在915 MHz新型加载Sierpinski垫片偶极子天线，此天线采用NXPG2XM标签芯片，其参数为在915 MHz时，芯片对外呈现阻抗为22-j195 Ω，天线的大小为96 mm×54 mm，它由顶角为60°的1阶Sierpinski分形和顶角为30°的0阶Sierpinski分形组成，在1阶Sierpinski分形天线的两边加载新型分形天线，中间点为馈电点。天线模型如图4所示。