一種工作于ism頻段的低剖面全向圓極化天線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線，包括上介質(zhì)基板、下介質(zhì)基板、金屬輻射單元、頂端方形加載貼片、垂直單極子及地板，所述金屬輻射單元位于下介質(zhì)基板的上表面，所述地板位于下介質(zhì)基板的下表面，所述頂端方形加載貼片位于上介質(zhì)基板的上表面，所述垂直單極子的兩端分別與頂端方形加載貼片及地板連接，所述垂直單極子分別與上、下介質(zhì)基板垂直。本發(fā)明能有效增加反射系數(shù)帶寬。
【專利說明】
一種工作于I SM頻段的低剖面全向圓極化天線
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學遙測領域，具體涉及一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線。
【背景技術】
[0002]隨著遠程無線醫(yī)療的快速發(fā)展，植入式醫(yī)療裝置正得到大規(guī)模研究和應用。生物感應器將探測到的生理數(shù)據(jù)通過植入天線發(fā)送到體外基站天線，醫(yī)生根據(jù)接收數(shù)據(jù)進行疾病的診斷和制定治療方案。然而，若接發(fā)收天線采用線極化，測量期間人體的移動易產(chǎn)生極化失配，同時為抑制多徑干擾和減小誤碼率，植入式天線多采用圓極化天線。考慮到天線要在復雜的移動人體中進行無線通信，天線的輻射方向易發(fā)生改變，因而接收天線需設計成全向性天線。之前研究主要集中在植入式天線設計，相反地，相應合適的體外全向圓極化接收天線研究研究較少。
[0003]經(jīng)聯(lián)邦通信委員會(FederalCommunicat1ns Commiss1n，F(xiàn)CC)批準，植入式醫(yī)療裝置通信可利用2.4-2.5GHz的工業(yè)、科研、醫(yī)療(Industrial Scientific Medical，ISM)頻段。從之前的工作來看，全向圓極化天線的性能主要考察方位角平面全向性輻射特性，具體包括天線反射系數(shù)帶寬，軸比帶寬，方位角平面的輻射方向圖及交叉極化比等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有生物醫(yī)學體外基站天線技術存在的不足，本發(fā)明提供一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線。
[0005]本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線，包括上介質(zhì)基板、下介質(zhì)基板、金屬福射單元、頂端方形加載貼片、垂直單極子及地板，所述金屬福射單元位于下介質(zhì)基板的上表面，所述地板位于下介質(zhì)基板的下表面，所述頂端方形加載貼片位于上介質(zhì)基板的上表面，所述垂直單極子垂直穿過上、下介質(zhì)基板分別與頂端方形加載貼片及地板連接。
[0007]所述金屬輻射單元由相互正交垂直的四個折臂及中心方形貼片構成，所述中心方形貼片位于下介質(zhì)基板的上表面，其中心與下介質(zhì)基板的中心重合，所述折臂由兩條正交微帶線構成。
[0008]所述兩條正交微帶線中靠近下介質(zhì)基板中心的一條與中心方形貼片垂直連接，另一條與其相近的下介質(zhì)基板的邊緣平行。
[0009]所述地板開有四條槽，所述四條槽的起點分別為地板四條邊的中點，且垂直于相對應的邊。
[0010]所述四條折臂中靠近下介質(zhì)基板中心的微帶線長度為24_，其遠離下介質(zhì)基板中心的微帶線為26.5mm。
[00111 所述中心方形貼片邊長為6mm。
[0012]所述垂直單極子的兩端與上、下介質(zhì)基板的中心重合。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
[0014]本發(fā)明頂端加載能縮小天線的剖面，垂直單極子產(chǎn)生全向垂直線極化，兩對偶極子產(chǎn)生全向水平線極化，二者合在一起在方位角平面產(chǎn)生全向圓極化，地板開槽能使得天線反射系數(shù)帶寬增加。
【附圖說明】
[0015]圖1(a)?圖1(d)分別是本發(fā)明一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線的俯視圖、金屬輻射單元結構示意圖、地板結構示意圖和側視圖。
[0016]圖2是本發(fā)明一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線反射系數(shù)圖。
[0017]圖3是本發(fā)明一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線軸比圖。
[0018]圖4(a)及圖4(b)是本發(fā)明一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線工作在2.45GHz頻點時XOZ和YOZ平面的輻射方向圖。
[0019]圖5是本發(fā)明一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線工作在2.45GHz頻點時方位角平面左旋和右旋圓極化的輻射方向圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例及附圖，對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0021 ]實施例
[0022]圖1(a)?圖1(d)所示，一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線，包括上介質(zhì)基板1A、下介質(zhì)基板1B、金屬輻射單元2、頂端方形加載貼片3、垂直單極子4及地板5，所述金屬輻射單元2位于下介質(zhì)基板IB的上表面，所述地板5為與下介質(zhì)基板IB的下表面，所述頂端方形加載貼片3位于上介質(zhì)基板IA的上表面，其中心與上介質(zhì)基板的中心重合。所述垂直單極子4的兩端分別與方形加載貼片及地板連接，所述垂直單極子4分別與上、下介質(zhì)基板垂直并與上、下介質(zhì)基板的中心重合。
[0023]所述金屬輻射單元由相互正交垂直的四個折臂微帶線(6A-6D)及中心方形貼片構成，所述中心方形貼片位于下介質(zhì)基板的上表面，其中心與下介質(zhì)基板的中心重合，所述四個折臂均是由兩條正交微帶線構成，所述折臂中靠近下介質(zhì)基板中心的一條與中心方形貼片連接，另一條與其相近的下介質(zhì)基板邊緣平行。
[0024]構成折臂的兩條微帶線相互垂直，相鄰的折臂相互正交，相對的兩個折臂關于天線中心對稱，所述四個折臂分別與中心方形貼片的四邊垂直連接，四個折臂與其相近的下介質(zhì)基板邊緣依次平行。
[0025]本實施例中，按照四個折臂的字母編號順序，遠離下介質(zhì)基板中心的微帶線分別與其相近的下介質(zhì)基板邊緣平行，具體微帶線朝向為向上、向左、向下及向右。
[0026]所述兩條正交微帶線靠近天線中心的一條長度LI= 24mm，所述微帶線沿下介質(zhì)基板IB邊緣的另一條長度L2 = 26.5mm，所述兩條微帶線寬度都Wl = 2mm，所述中心方形貼片邊長 LP = 6mm ο
[0027]所述頂端方形加載貼片的中心與上介質(zhì)基板的中心重合，邊長M3= 18mm。
[0028]所述單極子通過頂端方形貼片的加載，使得天線剖面大大減小，高度小于工作頻段波長十分之一。
[0029]所述垂直單極子4的兩端與上下介質(zhì)基板垂直且中心重合，其半徑R=1mm，高度H2=0.8128mm。
[0030]所述上介質(zhì)基板IA是正方形，邊長Ml = 25mm，所述下介質(zhì)基板IB邊長M2 = 56mm，上下介質(zhì)基板厚度Hl=0.8128mm。
[0031]垂直單極子輻射方向上產(chǎn)生垂直極化，而所述金屬輻射單元在方位角平面產(chǎn)生水平極化，通過優(yōu)化，可在方位角平面產(chǎn)生較好全向圓極化。
[0032]所述地板5中心與下介質(zhì)基板IB重合且二者邊緣平行，形狀是正方形，所述正方形，邊長M4 = 42mm，所述地板5開有四條槽，所述四條槽分別垂直相應的地板四周邊緣，長度L3 = 14.5mm，寬度 W2 = 2.5mm。
[0033]所述地板作為垂直單極子的地板，同時作為兩對相互正交偶極子的地板，在地板四周開槽，目的是增大天線工作帶寬。
[0034]如圖2所示，所述天線工作時反射系數(shù)小于-1OdB的頻率范圍是2.395-2.505GHz(1101取)，覆蓋15]?頻帶(2.4-2.486取)。
[0035]如圖3所示，所述天線工作時軸比小于3dB的頻率范圍是2.395-2.505GHz(I 1MHz)，覆蓋2.45GHz-1SM頻帶。
[0036]如圖4(a)及圖4(b)所示，天線工作在2.45GHz時XOZ和YOZ平面的輻射方向圖。在方位角XOZ平面，天線在各角度上增益大小較接近，全向性性能較好，最大增益1.5dBi。
[0037]如圖5所示，天線在方位角平面左旋圓極化在各方位增益小于-16.5dBi，右旋圓極化大于1.5dBi，天線具有較好的交叉極化比。
[0038]該天線采用垂直單極子產(chǎn)生垂直極化，通過頂端加載，天線剖面大大降低，頂端加載單極子產(chǎn)生全向垂直線極化，兩對偶極子產(chǎn)生全向水平線極化，通過調(diào)節(jié)可使得二者幅度相等，相位相差90°，因而產(chǎn)生圓極化。通過地板開槽，可使得天線反射系數(shù)帶寬增加，覆蓋工作的2.45GHZ-1SM頻段。
[0039]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種工作于ISM頻段的低剖面全向圓極化天線，其特征在于，包括上介質(zhì)基板、下介質(zhì)基板、金屬福射單元、頂端方形加載貼片、垂直單極子及地板，所述金屬福射單元位于下介質(zhì)基板的上表面，所述地板位于下介質(zhì)基板的下表面，所述頂端方形加載貼片位于上介質(zhì)基板的上表面，所述垂直單極子垂直穿過上、下介質(zhì)基板分別與頂端方形加載貼片及地板連接。2.根據(jù)權利要求1所述的低剖面全向圓極化天線，其特征在于，所述金屬輻射單元由相互正交垂直的四個折臂及中心方形貼片構成，所述中心方形貼片位于下介質(zhì)基板的上表面，其中心與下介質(zhì)基板的中心重合，所述折臂由兩條正交微帶線構成。3.根據(jù)權利要求2所述的低剖面全向圓極化天線，其特征在于，所述兩條正交微帶線中靠近下介質(zhì)基板中心的一條與中心方形貼片垂直連接，另一條與其相近的下介質(zhì)基板的邊緣平行。4.根據(jù)權利要求1所述的低剖面全向圓極化天線，其特征在于，所述地板開有四條槽，所述四條槽的起點分別為地板四條邊的中點，且垂直于相對應的邊。5.根據(jù)權利要求2所述的低剖面全向圓極化天線，其特征在于，所述四條折臂中靠近下介質(zhì)基板中心的微帶線長度為24mm，其遠離下介質(zhì)基板中心的微帶線為26.5mm。6.根據(jù)權利要求2所述的低剖面全向圓極化天線，其特征在于，所述中心方形貼片邊長為6mm ο7.根據(jù)權利要求1所述的低剖面全向圓極化天線，其特征在于，所述垂直單極子的兩端與上、下介質(zhì)基板的中心重合。
【文檔編號】H01Q21/24GK105870606SQ201610319738
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】劉雄英, 李兵
【申請人】華南理工大學