本發(fā)明涉及一種用于醫(yī)療監(jiān)測(cè)ism頻段的手環(huán)天線，尤其涉及一種手環(huán)天線及其差分饋電方法，屬于醫(yī)療監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

最近幾年，隨著芯片技術(shù)的高速發(fā)展和傳感器小型化技術(shù)的進(jìn)步，包含步數(shù)記錄、監(jiān)測(cè)心跳等功能的智能手表、手環(huán)逐漸興起，未來(lái)會(huì)進(jìn)一步朝著智能化、小型化的方向發(fā)展，并且逐步會(huì)在醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域展開(kāi)應(yīng)用，如血壓高低、葡萄糖濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等等。

2015年，saou-wensu和yi-tinghsieh在ieeetransactionsonantennasandpropagation期刊上發(fā)表“integratedmetal-frameantennaforsmartwatchwearabledevice”，提出用于智能手表的金屬邊框天線，此天線主要利用金屬邊框輻射，通過(guò)在金屬框的合適點(diǎn)引入短路來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的阻抗匹配。但是，該天線尺寸較大(5mm×40mm×50mm)，并且實(shí)際應(yīng)用中金屬地面上的電子元器件會(huì)導(dǎo)致天線的匹配惡化，輻射效率降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種手環(huán)天線，解決現(xiàn)有技術(shù)中手環(huán)天線尺寸大、共模抑制效果差、阻抗匹配度不佳的技術(shù)問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種手環(huán)天線，包括金屬邊框，所述金屬邊框的底部設(shè)有嵌入金屬邊框內(nèi)的平面介質(zhì)板，所述平面介質(zhì)板的中部開(kāi)設(shè)通孔，所述通孔內(nèi)嵌裝金屬腔體；

所述金屬腔體作為天線的電路接地板，天線的電子元器件設(shè)于金屬腔體內(nèi)部；

所述平面介質(zhì)板的下表面設(shè)有兩根金屬條帶，所述金屬條帶的一端與所述金屬邊框電連接，另一端與金屬腔體之間設(shè)有饋電端口，所述饋電端口的接地端與金屬腔體連接，信號(hào)端與金屬條帶連接。

所述金屬邊框?yàn)榫匦苇h(huán)狀、圓形環(huán)狀、橢圓環(huán)狀中的任一種。

兩根所述金屬條帶連接于金屬邊框的同一側(cè)邊上；兩金屬條帶相互平行，且關(guān)于所述側(cè)邊的中線對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

所述金屬邊框的另三個(gè)側(cè)邊與金屬腔體之間的距離相等。

所述平面介質(zhì)板的相對(duì)介電常數(shù)為2.2～6.2。

所述平面介質(zhì)板的厚度為0.5～1.6mm。

本發(fā)明還提供了一種手環(huán)天線的差分饋電方法，兩饋電端口采用幅值大小相等，相位相差π的激勵(lì)信號(hào)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的手環(huán)天線具有結(jié)構(gòu)緊湊，干擾小，阻抗匹配良好的特點(diǎn)，通過(guò)天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了差分饋電條件下良好的共模抑制效果；同時(shí)利用金屬外部邊框與內(nèi)部接地金屬腔體作為輻射體，增大了輻射口徑；內(nèi)部金屬腔體不僅作為輻射體，同時(shí)作為外部金屬邊框的加載，有效地改善了外部環(huán)形天線的匹配，增加了天線的帶寬，適用于未來(lái)醫(yī)療監(jiān)測(cè)的無(wú)線通信系統(tǒng)；

2、本發(fā)明提供的手環(huán)天線的差分饋電方法，采用差分饋電的形式，利于與芯片輸出的差分信號(hào)進(jìn)行直連。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提出的手環(huán)天線的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明提出的手環(huán)天線x方向的視圖；

圖3是本發(fā)明提出的手環(huán)天線y方向的視圖；

圖4是本發(fā)明提出的手環(huán)天線z方向的視圖；

圖5是本發(fā)明提出的手環(huán)天線實(shí)施例一的尺寸標(biāo)注示意圖；

圖6是本發(fā)明提供的手環(huán)天線的s參數(shù)(包括差分|s11dd|及共模|s11cc|)的仿真圖；

其中：1、金屬邊框；2、平面介質(zhì)板；3、金屬腔體；4、金屬條帶；5、饋電端口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1～4所示，本發(fā)明一種手環(huán)天線，包括金屬邊框1、平面介質(zhì)板2、金屬腔體3、金屬條帶4和饋電端口5。

金屬邊框1是手環(huán)的外部結(jié)構(gòu)支撐，同時(shí)作為手環(huán)天線的主要輻射體，可以為矩形環(huán)狀、圓形環(huán)狀、橢圓環(huán)狀中的任一種。

平面介質(zhì)板2設(shè)于金屬邊框1內(nèi)部的底端，周邊與金屬邊框1緊密接觸連接，平面介質(zhì)板2的中部掏空，形成通孔，將金屬腔體3嵌裝于通孔內(nèi)。平面介質(zhì)板2的相對(duì)介電常數(shù)為2.2～6.2，厚度為0.5～1.6mm，優(yōu)選的相對(duì)介電常數(shù)為3.66，厚度為0.762mm。

金屬腔體3作為手環(huán)天線的電路接地板，由金屬薄片圍成，手環(huán)天線的電子元器件設(shè)于金屬腔體3內(nèi)部，避免對(duì)手環(huán)天線的性能構(gòu)成影響。另外，金屬腔體3作為金屬邊框1的加載部分，改善了阻抗匹配，同時(shí)也作為天線結(jié)構(gòu)的一部分參與輻射，增大了輻射口徑。

金屬條帶4設(shè)置于平面介質(zhì)板2的下表面，金屬條帶4的一端與金屬邊框1電連接，另一端與金屬腔體3之間設(shè)有饋電端口5，饋電端口5的接地端與金屬腔體3連接，信號(hào)端與金屬條帶4連接。兩根金屬條帶4連接于金屬邊框1的同一側(cè)邊上；兩金屬條帶4相互平行，且關(guān)于側(cè)邊的中線對(duì)稱(chēng)設(shè)置，金屬邊框1的另三個(gè)側(cè)邊與金屬腔體3之間的距離相等。

本發(fā)明提供的手環(huán)天線是一種結(jié)合外部金屬邊框1及內(nèi)部電路接地腔體作為輻射體的手環(huán)天線。通過(guò)天線本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了共模抑制，即共模信號(hào)反射系數(shù)|s11cc|(s11cc＝s11+s12)基本接近0db(s11表示1端口的反射系數(shù)，s12表示1、2端口的耦合系數(shù))。在外部金屬邊框1參與輻射的同時(shí)，內(nèi)部接地金屬腔體3作為外部金屬邊框1的匹配加載，也參與輻射，因此增大了天線的輻射口徑，改善了輻射效率。另外，金屬腔體3作為電路的接地面，可以同時(shí)屏蔽內(nèi)部電子元器件對(duì)外部天線輻射效果的影響。

實(shí)施例一：

如圖5所示，手環(huán)天線的長(zhǎng)度l＝40mm，寬度w＝20mm，為正常手環(huán)的大小。金屬腔體3的大小為長(zhǎng)度l1＝34mm，寬度w1＝11mm。兩個(gè)金屬條帶4大小尺寸相同，其長(zhǎng)度l2＝4mm，w2＝0.4mm。金屬腔體3左側(cè)及上下側(cè)與金屬邊框1的距離s＝2mm。如圖6所示，手環(huán)天線工作于2.45ghz的ism工作頻段，絕對(duì)帶寬0.101ghz，相對(duì)帶寬4.1％，共模|s11cc|<0.32db，具有良好的帶寬及良好的共模抑制效果。由于2.45ghz同時(shí)是藍(lán)牙的工作頻段，因此現(xiàn)階段可以用于藍(lán)牙通信，未來(lái)隨著醫(yī)療傳感器小型化技術(shù)的不斷發(fā)展，可以用于醫(yī)療監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體健康數(shù)據(jù)。

將本發(fā)明提供的手環(huán)天線應(yīng)用于人體手臂之上時(shí)，由于人體組織效應(yīng)的加載影響，諧振頻率會(huì)有所偏移，因此可以在天線與皮膚之間加入適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)層，改善匹配，增大輻射效率。

本發(fā)明提供的手環(huán)天線的差分饋電方法，是采用上述手環(huán)天線實(shí)現(xiàn)的，手環(huán)天線采用差分饋電的方式，即兩個(gè)饋電端口5的饋電信號(hào)幅值相等，相位相差180度。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種手環(huán)天線，包括金屬邊框，所述金屬邊框的底部設(shè)有嵌入金屬邊框內(nèi)的平面介質(zhì)板，所述平面介質(zhì)板的中部開(kāi)設(shè)通孔，所述通孔內(nèi)嵌裝金屬腔體；所述金屬腔體作為天線的電路接地板，天線的電子元器件設(shè)于金屬腔體內(nèi)部；所述平面介質(zhì)板的下表面設(shè)有兩根金屬條帶，所述金屬條帶的一端與所述金屬邊框電連接，另一端與金屬腔體之間設(shè)有饋電端口，所述饋電端口的接地端與金屬腔體連接，信號(hào)端與金屬條帶連接。本發(fā)明還公開(kāi)了一種手環(huán)天線的差分饋電方法，兩饋電端口采用幅值大小相等，相位相差π的激勵(lì)信號(hào)。本發(fā)明阻抗匹配良好，實(shí)現(xiàn)了差分饋電條件下良好的共模抑制效果。

技術(shù)研發(fā)人員：段鑄
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.28
技術(shù)公布日：2017.11.03