一種非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]寬帶無線通信技術(shù)以其傳輸速率高、抗干擾性能強(qiáng)、帶寬寬、發(fā)送功率小、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于下一代移動(dòng)通信、室內(nèi)通信、家庭網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。一般意義上認(rèn)為具有超過25%相對(duì)帶寬的天線就是寬帶天線，且在所有的工作頻段上具有良好的阻抗匹配特性、一定的增益與穩(wěn)定的輻射方向圖，同時(shí)還要求低剖面、易共形、低成本、方便集成等。
[0003]隨著無線通信技術(shù)的日益發(fā)展，以人體為中心的無線通信系統(tǒng)成為移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要組成部分，便捷式、穿戴式、植入式無線通信系統(tǒng)也備受關(guān)注，研宄已經(jīng)涉及軍事，醫(yī)學(xué)，定位等領(lǐng)域，其研宄主要集中在單頻或雙頻，同時(shí)帶寬覆蓋相對(duì)較窄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問題，提出一種非對(duì)稱振子結(jié)構(gòu)和環(huán)路組合天線，該組合天線具有近似的邊射特性，帶寬寬，單向輻射，結(jié)構(gòu)新穎簡(jiǎn)單、體積小、剖面尺寸低且便于制作實(shí)現(xiàn)，能夠用于穿戴式無線系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用如下技術(shù)方案:
一種非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，包括介質(zhì)基板、分別印刷設(shè)置在介質(zhì)基板正反兩面的頂層輻射單元和底層輻射單元，所述頂層輻射單元和底層輻射單元之間正反相對(duì)介質(zhì)基板非對(duì)稱排布，所述頂層輻射單元由圓形振子輻射單元和矩形饋線單元相互連接構(gòu)成，所述底層輻射單元為矩形振子輻射單元；其中，矩形振子輻射單元的一條頂邊與矩形饋線單元的一條底邊相對(duì)于介質(zhì)基板的投影相重合；
在所述介質(zhì)基板的反面、沿介質(zhì)基板的兩側(cè)縱向?qū)ΨQ設(shè)置有一對(duì)環(huán)狀穿戴結(jié)構(gòu)，所述穿戴結(jié)構(gòu)由第一福射單元連接線、環(huán)路連接線、第二福射單元連接線依次連接形成；其中，第一輻射單元連接線通過金屬化過孔與圓形振子輻射單元相連，第二輻射單元連接線和矩形振子單元相連，通過該穿戴結(jié)構(gòu)使頂層輻射單元與底層輻射單元連通，從而組成一個(gè)對(duì)稱環(huán)。
[0006]進(jìn)一步的，本發(fā)明提出的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，天線的阻抗匹配特性通過調(diào)整頂層的矩形饋線單元的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)。
[0007]進(jìn)一步的，本發(fā)明提出的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，介質(zhì)基板采用剛性印刷電路板或采用柔性印刷板制作。
[0008]進(jìn)一步的，本發(fā)明提出的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，所述圓形振子輻射單元的半徑范圍為:15-17mm。
[0009]進(jìn)一步的，本發(fā)明提出的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，所述矩形饋線單元的高度范圍為:0.2-0.35mm。
[0010]進(jìn)一步的，本發(fā)明提出的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，第一輻射單元連接線的高度范圍為l-5mm0
[0011]進(jìn)一步的，本發(fā)明提出的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，環(huán)路連接線的長(zhǎng)度范圍為19_25mm0
[0012]進(jìn)一步的，本發(fā)明提出的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，所述介質(zhì)基板的介電常數(shù)范圍為2-20本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果:
本發(fā)明通過采用非對(duì)稱振子和環(huán)路的組合，天線的阻抗帶寬可達(dá)到5.42GHz-9.27GHz(按回波損耗低于-1OdB計(jì))，相對(duì)帶寬約為52% ;同時(shí)本發(fā)明還具有單向輻射特性，本天線結(jié)構(gòu)新穎，體積小巧，制作簡(jiǎn)單且成本低廉。
【附圖說明】
[0013]圖1是天線的立體結(jié)構(gòu)與參考坐標(biāo)示意圖。
[0014]圖2是天線的正面結(jié)構(gòu)與參考坐標(biāo)示意圖。
[0015]圖3是天線的側(cè)面結(jié)構(gòu)與參考坐標(biāo)示意圖
圖4是利用CST軟件計(jì)算的天線回波損耗特性曲線。
[0016]圖5是采用CST軟件計(jì)算的天線方向圖。
[0017]圖6是采用CST軟件計(jì)算的天線增益曲線。
[0018]圖1中標(biāo)號(hào):1是介質(zhì)基板，2是頂層圓形振子輻射單元，3是頂層矩形饋線單元，4是底層矩形振子輻射單元，5是環(huán)路連接線，6是頂層輻射單元連接線(第一輻射單元連接線)，7是底層輻射單元連接線(第二輻射單元連接線)，8是頂層矩形饋線的高度，9是環(huán)路連接線的高度，10是環(huán)路連接線的長(zhǎng)度，11為頂層圓形振子的半徑。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說明:
下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0020]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0021]如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是:天線制作在介電常數(shù)范圍為2-20的介質(zhì)基板I上，輻射單元由頂層輻射單元與底層輻射單元構(gòu)成，兩者相互不對(duì)稱、結(jié)構(gòu)不同、尺寸不同、正反相對(duì)介質(zhì)基板I排布；非對(duì)稱性是指頂層、底層輻射單元結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性。
[0022]頂層圓形振子輻射單元2和頂層矩形饋線單元3連接構(gòu)成頂層輻射單元，底層矩形振子輻射單元4構(gòu)成底層輻射單元；頂層輻射單元與底層輻射單元通過頂層輻射單元連接線6、環(huán)路連接線5和底層輻射單元連接線7連接起來，從而組成一個(gè)對(duì)稱環(huán)路；利用環(huán)路和振子的輻射疊加，實(shí)現(xiàn)單向輻射特性，降低人體對(duì)天線性能的影響。
[0023]其中，頂層圓形振子的半徑11的范圍為15-17_，頂層矩形饋線的高度8變化范圍為0.2-0.35mm ;環(huán)路連接線的高度9變化范圍為l_5mm，長(zhǎng)度10變化范圍為19_25mm?？梢酝ㄟ^用一段比較薄，較窄，較結(jié)實(shí)的布條或其他材料的帶狀物穿過兩個(gè)環(huán)，從而固定在身體或衣服上。
[0024]作為本發(fā)明的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線的進(jìn)一步優(yōu)化方案:制作方法可以采用剛性印刷電路板，也可以采用柔性印刷板。
[0025]對(duì)照附圖4，附圖4是介質(zhì)基板I按照相對(duì)介電常數(shù)為2.2、厚為0.127mm,頂層圓形振子半徑11按照16.5mm，頂層矩形饋線的高度按照0.25mm，環(huán)路的高度按照3mm，環(huán)路連接線的長(zhǎng)度按照20mm實(shí)施時(shí)，利用CST軟件仿真計(jì)算得到的天線反射系數(shù)頻率特性。根據(jù)圖4的結(jié)果可見，該天線具有較寬的阻抗帶寬。
[0026]對(duì)照附圖1中的參考坐標(biāo)系與附圖5、6，附圖5(a)_(f)分別給出了 6GHz、7.4GHz、和8.4GHz的兩個(gè)主工作面方向圖(yz-平面與xz-平面)，圖中的實(shí)線為主極化分量；附圖6給出了工作頻段內(nèi)的增益特性。由圖5和圖6可見，在整個(gè)工作頻段內(nèi)，天線具有相對(duì)穩(wěn)定的單向輻射特性(其主波束指向+z方向)，而且具有相對(duì)平坦的增益頻率特性(平均值在4dBi左右)。
[0027]本發(fā)明利用印刷電路板工藝或集成電路工藝，在介質(zhì)基板上設(shè)計(jì)頂層輻射單元和底層輻射單元，并利用金屬連接線將它們連接起來，形成一對(duì)環(huán)路，環(huán)路與非對(duì)稱振子組合可以實(shí)現(xiàn)寬帶和定向輻射，故本發(fā)明能用于穿戴式無線通信系統(tǒng)中。
[0028]綜上所述，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，利用非對(duì)稱振子和環(huán)路組合，無需引入額外的“接地板”結(jié)構(gòu)，降低了接地板的亂真輻射，由于增加了環(huán)路，天線實(shí)現(xiàn)了單向輻射，佩戴時(shí)令輻射較低的方向貼近人體，有效降低人體對(duì)天線性能的劣化，因此可用于以人體為中心的無線通信系統(tǒng)中。該天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積輕巧、易于制作、成本低廉是一種性能較好的穿戴式天線。
[0029]以上所述僅是本發(fā)明的部分實(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)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，包括介質(zhì)基板(1)、分別印刷設(shè)置在介質(zhì)基板(I)正反兩面的頂層輻射單元和底層輻射單元，其特征在于: 所述頂層輻射單元和底層輻射單元之間正反相對(duì)介質(zhì)基板(I)非對(duì)稱排布，所述頂層福射單元由圓形振子福射單元(2)和矩形饋線單元(3)相互連接構(gòu)成，所述底層福射單元為矩形振子輻射單元(4);其中，矩形振子輻射單元(4)的一條頂邊與矩形饋線單元(3)的一條底邊相對(duì)于介質(zhì)基板的投影相重合； 在所述介質(zhì)基板的反面、沿介質(zhì)基板的兩側(cè)縱向?qū)ΨQ設(shè)置有一對(duì)環(huán)狀穿戴結(jié)構(gòu)，所述穿戴結(jié)構(gòu)由第一福射單元連接線(6)、環(huán)路連接線(5)、第二福射單元連接線(7)依次連接形成；其中，第一輻射單元連接線(6)通過金屬化過孔與圓形振子輻射單元(2)相連，第二輻射單元連接線(7)和矩形振子單元(4)相連，通過該穿戴結(jié)構(gòu)使頂層輻射單元與底層輻射單元連通，從而組成一個(gè)對(duì)稱環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，其特征在于:天線的阻抗匹配特性可通過調(diào)整頂層的矩形饋線單元(3)的長(zhǎng)度來實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，其特征在于:介質(zhì)基板(I)采用剛性印刷電路板或采用柔性印刷板制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，其特征在于:所述圓形振子輻射單元(2)的半徑的范圍為:15-17mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，其特征在于:所述矩形饋線單元(3)的高度的范圍為:0.2-0.35mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，其特征在于:第一福射單元連接線(6)的高度范圍為l-5mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，其特征在于:環(huán)路連接線(5)的長(zhǎng)度范圍為19-25mm0
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，其特征在于:所述介質(zhì)基板(I)的介電常數(shù)范圍為2-20。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非對(duì)稱結(jié)構(gòu)穿戴式寬帶天線，屬于微波技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是在介電常數(shù)為2-20范圍內(nèi)的介質(zhì)基板上分別設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不同、非對(duì)稱布置的頂層輻射單元與底層輻射單元，頂層輻射單元由圓形振子和矩形饋線單元組成、底層輻射單元?jiǎng)t是矩形振子；通過一可穿戴結(jié)構(gòu)將頂層圓形振子輻射單元和底層矩形振子輻射單元連通起來，形成一對(duì)對(duì)稱環(huán)從而組合成完整的天線單元。本發(fā)明采用同軸線貼敷式饋電；通過調(diào)節(jié)頂層圓形振子半徑、頂層矩形饋線高度、環(huán)路高度和環(huán)路長(zhǎng)度可以得到寬帶、單向性良好的天線，可用于穿戴式無線通信系統(tǒng)中，并具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小巧、制作成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H01Q5-50, H01Q1-22, H01Q1-36
【公開號(hào)】CN104617376
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510009930
【發(fā)明人】呂文俊, 張慶年, 章丹陽, 朱洪波
【申請(qǐng)人】南京郵電大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日