一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，包括天線輻射單元、共面波導(dǎo)饋電部分及柔性介質(zhì)基板，所述共面波導(dǎo)饋電部分由50Ω微帶線和地板構(gòu)成，所述50Ω微帶線位于地板的中間位置，所述天線輻射單元由S形枝節(jié)、U形枝節(jié)及i形枝節(jié)構(gòu)成；所述U形枝節(jié)由左側(cè)枝節(jié)及右側(cè)枝節(jié)構(gòu)成，所述U形枝節(jié)的底部與50Ω微帶線連接，所述S形枝節(jié)由兩個(gè)半圓環(huán)構(gòu)成，兩個(gè)半圓環(huán)分別為上半圓環(huán)及下半圓環(huán)，i形枝節(jié)加載在U形枝節(jié)和S形枝節(jié)之間。本發(fā)明適用于人體局域網(wǎng)領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動(dòng)通信領(lǐng)域，特別涉及一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì)，人口老齡化的速度越來(lái)越快，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，用于醫(yī)療健康領(lǐng)域的無(wú)線人體通信技術(shù)引起了人們極大的研究興趣。人體局域網(wǎng)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和傳輸人體生理數(shù)據(jù)，它在遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)保健以及娛樂(lè)等方面具有重要的作用。天線作為人體局域網(wǎng)系統(tǒng)中必不可少的部分也具有重要的發(fā)展及應(yīng)用前景。超寬帶技術(shù)具有低發(fā)射功率、高數(shù)據(jù)傳輸率等特征，適用于人體局域網(wǎng)系統(tǒng)。超寬帶的低頻段3.1?4.9GHz以及高頻段6.0?10.6GHz被用于穿戴式無(wú)線人體域網(wǎng)中?，F(xiàn)有的超寬帶(3.1?10.6GHz)人體局域網(wǎng)天線大都使用硬質(zhì)板材，不易與人體共形，且覆蓋了其他已有無(wú)線通信系統(tǒng)，如WiMAX (3.3?3.7GHz)、C波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)(3.7?4.2GHz)，這樣將導(dǎo)致系統(tǒng)間的干擾，因此設(shè)計(jì)一款覆蓋3.1?3.3GHz,4.2?4.9GHz和6?10.6GHz頻段的天線具有非常重要的意義。
[0003]平面印刷單極子天線是指一種印刷在介質(zhì)基板表面的導(dǎo)體微帶線(通常其長(zhǎng)度約為四分之一波長(zhǎng))，其根部接饋線，其作用及反射類(lèi)似于偶極子。平面印刷單極子天線具有低剖面、易加工、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，適用于要求天線厚度薄，尺寸小的場(chǎng)合，如植入式醫(yī)療備、穿戴式電子設(shè)備、小型娛樂(lè)設(shè)備等。
[0004]天線有多種饋電方式，常用到的有同軸線饋電、微帶線饋電和共面波導(dǎo)饋電等方式。共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)是由中間50 Ω微帶線與兩側(cè)地板構(gòu)成(微帶線和地板位于基板同一側(cè))。此外，為了應(yīng)對(duì)功耗問(wèn)題，可以在平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基板背面加上地板，這就形成了接地共面波導(dǎo)(Grounded Coplanar Waveguide, GCPW)結(jié)構(gòu)。共面波導(dǎo)傳輸線有很多優(yōu)點(diǎn):
[0005](I)導(dǎo)電片和地板位于同一側(cè)，減少了制作難度，也消除了環(huán)繞和通孔的需求；
[0006](2)色散低，輻射損失減少；
[0007](3)與微帶線結(jié)構(gòu)相比，電子元件可以很容易的安裝在共面波導(dǎo)傳輸線上方，亦即共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)易集成到電路中；
[0008](4)使用共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，就沒(méi)有地板寄生不連續(xù)點(diǎn)的問(wèn)題了，天線等可以工作在極高頻段；
[0009](5)因?yàn)橛∷㈦娐钒迳系淖呔€之間總是有射頻地結(jié)構(gòu)，這樣使用共面波導(dǎo)傳輸線可以達(dá)到很好的電路隔離效果。很多高隔離的射頻開(kāi)關(guān)，使用接地共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后，其隔離度可達(dá)60dB以上；
[0010](6)除金屬厚度和基板介電常數(shù)外，共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)特征阻抗僅由導(dǎo)電片寬度及導(dǎo)電片與地板之間的縫隙決定，減少了設(shè)計(jì)難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線。
[0012]本發(fā)明對(duì)3.1?3.3GHz,4.2?4.9GHz和6?10.6GHz頻段的覆蓋，并且該天線易與人體共形，適用于人體局域網(wǎng)系統(tǒng)。
[0013]該天線有效地實(shí)現(xiàn)了超寬帶通信系統(tǒng)與其他無(wú)線通信系統(tǒng)的兼容。
[0014]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0015]一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，包括天線輻射單元、共面波導(dǎo)饋電部分及柔性介質(zhì)基板，所述共面波導(dǎo)饋電部分由50Ω微帶線和地板構(gòu)成，所述50 Ω微帶線位于地板的中間位置，所述天線福射單元由S形枝節(jié)、U形枝節(jié)及i形枝節(jié)構(gòu)成；所述U形枝節(jié)由左側(cè)枝節(jié)及右側(cè)枝節(jié)構(gòu)成，所述U形枝節(jié)的底部與50 Ω微帶線連接,所述S形枝節(jié)由兩個(gè)半圓環(huán)構(gòu)成，兩個(gè)半圓環(huán)分別為上半圓環(huán)及下半圓環(huán)，所述下半圓環(huán)從U形枝節(jié)底部中點(diǎn)沿著右側(cè)枝節(jié)方向與U形枝節(jié)相切,所述i形枝節(jié)加載在U形枝節(jié)和S形枝節(jié)之間。
[0016]所述上半圓環(huán)及下半圓環(huán)的半徑相同。
[0017]所述i形枝節(jié)由橢圓貼片及圓貼片構(gòu)成，所述圓貼片與橢圓貼片的頂端相連，所述橢圓貼片的底部與U形枝節(jié)相切，具體相切位置為:以橢圓貼片垂直地板放置時(shí)的中點(diǎn)為原點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度沿著右側(cè)枝節(jié)方向與U形枝節(jié)相切。
[0018]所述右側(cè)枝節(jié)為漸寬結(jié)構(gòu)。
[0019]所述天線輻射單元及共面波導(dǎo)饋電部分刻蝕在柔性介質(zhì)基板的同一側(cè)。
[0020]所述S枝節(jié)的長(zhǎng)度為17mm,所述U形枝節(jié)的左側(cè)枝節(jié)高度為11.9mm,所述福射貼片與地板的距離為0.6mm。
[0021]所述橢圓貼片的短半軸長(zhǎng)度具體為1.7mm。
[0022]本發(fā)明的有益效果:
[0023](I)本發(fā)明是小型的柔性平面結(jié)構(gòu)，通過(guò)共面波導(dǎo)饋電，利用附加諧振枝節(jié)實(shí)現(xiàn)了三頻段特性。在天線中引入S形枝節(jié)、U形枝節(jié)和i形枝節(jié)，以電壓駐波比小于2為標(biāo)準(zhǔn)，天線覆蓋了 3.1?3.3GHz,4.2?4.9GHz和6?10.6GHz頻段，實(shí)現(xiàn)了與其他無(wú)線通信系統(tǒng)的共存。
[0024](2)利用不規(guī)則的S形、U形和i形輻射枝節(jié)，實(shí)現(xiàn)了三頻帶天線的設(shè)計(jì)，并且天線結(jié)構(gòu)新穎，形似盆景，屬于仿生物學(xué)天線。
[0025](3)在自由空間和人體環(huán)境下，天線具有較好的輻射特性，是一種性能較好的穿戴式天線，該天線具有使用價(jià)值，能普遍應(yīng)用于人體域網(wǎng)系統(tǒng)中。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的天線電壓駐波比曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0029]實(shí)施例
[0030]如圖1所示，一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，包括天線輻射單元、共面波導(dǎo)饋電部分及柔性介質(zhì)基板6，所述共面波導(dǎo)饋電部分由50 Ω微帶線4和地板5構(gòu)成，所述50 Ω微帶線4位于地板5的中間位置，所述天線輻射單元及共面波導(dǎo)饋電部分刻蝕在柔性介質(zhì)基板的同一側(cè)。
[0031]所述天線福射單元由S形枝節(jié)1、U形枝節(jié)2及i形枝節(jié)3構(gòu)成,從而使天線具有三頻段特性；所述U形枝節(jié)2由左側(cè)枝節(jié)及右側(cè)枝節(jié)構(gòu)成，所述U形枝節(jié)的底部與50 Ω微帶線連接，所述S形枝節(jié)I由兩個(gè)半圓環(huán)構(gòu)成，兩個(gè)半圓環(huán)分別為上半圓環(huán)及下半圓環(huán)，所述下半圓環(huán)從U形枝節(jié)底部中點(diǎn)沿著右側(cè)枝節(jié)方向與U形枝節(jié)相切,所述i形枝節(jié)加載在U形枝節(jié)和S形枝節(jié)之間，所述i形枝節(jié)由橢圓貼片及圓貼片構(gòu)成，所述圓貼片與橢圓貼片的頂端相連，所述橢圓貼片的底部與U形枝節(jié)相切，具體相切位置為:以橢圓貼片垂直地板5放置時(shí)的中點(diǎn)為原點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度沿著右側(cè)枝節(jié)方向與U形枝節(jié)相切。
[0032]所述S形枝節(jié)I的上半圓環(huán)及下半圓環(huán)的半徑相同。
[0033]本發(fā)明在3.2GHz時(shí)長(zhǎng)度約為17mm (四分之一波長(zhǎng))的S形枝節(jié)覆蓋3.1~3.3GHz低頻段，S形枝節(jié)與普通矩形枝節(jié)相比，所占用空間更小，減小了天線整體尺寸；
[0034]本發(fā)明采用左側(cè)枝節(jié)覆蓋4.5GHz，為了增加中頻帶寬，天線采用漸寬的U形的右側(cè)枝節(jié)，這樣整個(gè)U形枝節(jié)很好的覆蓋了 6.35~7.8GHz頻段。
[0035]為了實(shí)現(xiàn)高頻段覆蓋，在U形枝節(jié)和S形枝節(jié)間加載一個(gè)i形枝節(jié)，所述i形枝節(jié)由與U形枝節(jié)相連的橢圓貼片及圓貼片構(gòu)成，該i形枝節(jié)覆蓋了 7.8~IlGHz高頻段。該橢圓貼片中心頻率與橢圓貼片大小關(guān)系約為:
【權(quán)利要求】
1.一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，包括天線輻射單元、共面波導(dǎo)饋電部分及柔性介質(zhì)基板，所述共面波導(dǎo)饋電部分由50Ω微帶線和地板構(gòu)成，所述50 Ω微帶線位于地板的中間位置，其特征在于，所述天線輻射單元由S形枝節(jié)、U形枝節(jié)及i形枝節(jié)構(gòu)成；所述U形枝節(jié)由左側(cè)枝節(jié)及右側(cè)枝節(jié)構(gòu)成，所述U形枝節(jié)的底部與50 Ω微帶線連接,所述S形枝節(jié)由兩個(gè)半圓環(huán)構(gòu)成，兩個(gè)半圓環(huán)分別為上半圓環(huán)及下半圓環(huán)，所述下半圓環(huán)從U形枝節(jié)底部中點(diǎn)沿著右側(cè)枝節(jié)方向與U形枝節(jié)相切,所述i形枝節(jié)加載在U形枝節(jié)和S形枝節(jié)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，其特征在于，所述上半圓環(huán)及下半圓環(huán)的半徑相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，其特征在于，所述i形枝節(jié)由橢圓貼片及圓貼片構(gòu)成，所述圓貼片與橢圓貼片的頂端相連，所述橢圓貼片的底部與U形枝節(jié)相切，具體相切位置為:以橢圓貼片垂直地板放置時(shí)的中點(diǎn)為原點(diǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度沿著右側(cè)枝節(jié)方向與U形枝節(jié)相切。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，其特征在于，所述右側(cè)枝節(jié)為漸寬結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，其特征在于，所述天線福射單元及共面波導(dǎo)饋電部分刻蝕在柔性介質(zhì)基板的同一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，其特征在于，所述S枝節(jié)的長(zhǎng)度為17mm，所述U形枝節(jié)的左側(cè)枝節(jié)高度為11.9mm，所述輻射貼片與地板的距離為0.6mmο
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種仿生物學(xué)三頻帶單極子天線，其特征在于，所述橢圓貼片的短半軸長(zhǎng)度具體為1.7mm。
【文檔編號(hào)】H01Q5/10GK104009291SQ201410235584
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】劉雄英, 邸允會(huì), 鄧春萍 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)