CN103208675A - 一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统 - Google Patents

一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统 Download PDF

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本发明公开了一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，包括发射多层平面式螺旋天线、接收多层平面式螺旋天线和圆柱型铁氧体环，铁氧体环加载于发射多层平面式螺旋天线和接收多层平面式螺旋天线之间且与两个多层平面螺旋天线同轴，两个多层平面式螺旋天线可同轴相对运动。信号从发射多层平面式螺旋天线输入、接收多层平面式螺旋天线输出。本发明具有尺寸小、频带较宽、耦合效率高等优点。

Description

一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统
技术领域
   本发明涉及螺旋天线的技术领域，尤其涉及一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统。
背景技术
随着航空、航天和通信技术的不断发展，短距离无线通信技术的应用也不断深入。由于无线频率资源的日益紧张，使短距离无线通信呈现出更广泛的应用前景。近场耦合通信就是短距离无线通信的重要方式之一。近场耦合通信系统一般是基于电感耦合方式，天线采用线圈的形式，即封闭式环形线圈，收发线圈通过电感耦合产生磁场，数据通过磁耦合建立链路，进行数据传输，在耦合的过程中，利用天线线圈产生的未辐射出去的交变磁能，相当于天线的辐射近场情况。而铁氧体是一种具有铁磁性的金属氧化物，将铁氧体材料应用于近场耦合的螺旋天线系统中可使天线系统小型化，从而提高耦合效率。
螺旋天线有不同的形式，如中心匹配螺旋波束天线、非等距双频螺旋天线、四臂螺旋式天线等等。结构是决定螺旋天线特性的关键。不同结构形式的螺旋天线具有不同的特性。现有技术一般采用单层平面螺旋结构(微带结构)或传统螺旋结构。单层平面螺旋结构频带很窄，而传统螺旋结构的重复性较差，也很难实现相对运动，因此在小体积、近距离的通信环境中应用受到限制。
根据传输线理论，采用加载铁氧体的小型化圆形多层平面式螺旋天线结构可满足近距离磁场耦合的通信要求。基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统可等效为分布参数电路。发射多层平面式螺旋天线和接收多层平面式螺旋天线的磁场分布遵循右手螺旋关系且方向相同，层与层之间的线圈通过盲孔连接。改变多层平面螺旋天线各层线圈的外径、内径、圈数、导线宽度和间距以及螺距(层与层之间的间距)、铁氧体材料等就可改变螺旋天线系统的耦合电容和耦合电感，从而改变螺旋天线系统的谐振频率和耦合效率，实现近距离数据传输的目标。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，该系统体积小，频带较宽，衰减较小，能很好地实现近距离的数据传输。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，该系统包括发射多层平面式螺旋天线、接收多层平面式螺旋天线和圆柱型铁氧体环；铁氧体环加载于发射多层平面式螺旋天线和接收多层平面式螺旋天线之间且与两个多层平面螺旋天线同轴，两个多层平面式螺旋天线可同轴相对运动；信号从发射多层平面式螺旋天线输入、接收多层平面式螺旋天线输出；实现螺旋天线系统的近场耦合和小型化。
其中，所述发射多层平面式螺旋天线与接收多层平面式螺旋天线结构一致、尺寸相同且对称设置，多层平面式螺旋天线的层与层之间设有介质材料，外层设有金属接地板；层与层之间的线圈通过盲孔首尾连接，并由介质材料封装外围。
其中，所述发射多层平面式螺旋天线的直径为3.5 mm～10mm，螺距为0.35mm～0.5mm，螺旋导线宽度为0.1mm～0.3mm，间距为0.1mm～0.3mm，发射天线的长度不超过2mm。
其中，所述铁氧体环的外径为5～7mm，内径为3～4mm，长度为1mm～2mm。
其中，所述螺旋天线系统的三个谐振频率介于20~500MHz。工作时近距离数据通信在这三个频率进行。
其中，所述发射多层平面式螺旋天线和接收多层平面式螺旋天线可同轴相对运动。
其中，所述发射多层平面式螺旋天线和接收多层平面式螺旋天线的金属导线材料是铜、银或金；所述介质材料为FR4环氧树脂、聚四氟乙烯；所述铁氧体环的材料是镍锌铁氧体。
    本发明中，发射多层平面式螺旋天线和接收多层平面式螺旋天线的磁场分布遵循右手螺旋关系且方向相同，层与层之间的线圈通过盲孔首尾连接。 
    本发明提供的基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统是一个实现近距离数据传输的系统。当数据信号从发射多层平面式螺旋天线输入时，发射多层平面式螺旋天线产生的交变电磁场穿过接收多层平面式螺旋天线，并在接收多层平面式螺旋天线中产生感应电压，铁氧体环则聚束磁场，这样数据通过磁耦合传输到接收多层平面式螺旋天线，从而实现数据的高效耦合和小型化。基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统可等效为分布参数电路，通过改变电感和电容实现小型化圆形多层平面式螺旋天线频率的谐振，通过系统调配增大品质因数，从而提高耦合效率。层数愈多、圈数愈多，产生的磁场强度愈大，接收天线感应的电压愈大。
本发明优点是体积小、频带较宽、衰减较小、能相对运动并很好地实现近距离的数据传输。多层平面式螺旋实现螺旋天线系统的小型化；铁氧体环实现磁场聚束；多层平面式螺旋天线系统的谐振频率可根据层数、每层圈数、螺距、线圈导线宽度和间距等进行调节，而且工作频带较宽；小型化圆形多层平面式螺旋天线系统实现近距离磁场耦合，增大耦合效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为图1的A-A处俯视图；
图3为本发明实施例结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步详细阐述本发明，但实施例不是对本发明的限制。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中。
实施例1 
参阅图3，本实施例提供一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，包括发射多层平面式螺旋天线1、接收多层平面式螺旋天线2和圆柱型铁氧体环3；铁氧体环3加载于发射多层平面式螺旋天线1和接收多层平面式螺旋天线2中间且与螺旋天线1、2同轴。工作时，信号从发射多层平面式螺旋天线1的同轴输入端口31输入、接收多层平面式螺旋天线2的同轴输出端口32输出，实现螺旋天线系统的近场耦合和小型化。本实施例中发射多层平面式螺旋天线1和接收多层平面式螺旋天线2的金属导线材料为铜，介质材料4为FR4环氧树脂，铁氧体环3的材料是镍锌铁氧体。
本实施例中发射多层平面式螺旋天线1有四层平面螺旋线圈，每层螺距S1为0.394mm，第一层螺旋线圈11 、第二层螺旋线圈12、第三层螺旋线圈13和第四层螺旋线圈14的圈数分别为5、8、8、8，线圈金属导线的宽度为0.2mm，间距为0.2mm；其中第一层螺旋线圈11的内径为6.8mm，外径为10.8mm，第二层螺旋线圈12、第三层螺旋线圈13和第四层螺旋线圈14的内径为 4.4mm，外径为10.8mm。层与层之间的线圈通过金属盲孔首尾连接。同轴输入端口31的内导体与第四层螺旋线圈14连接，外导体与金属接地板51连接。
本实施例中接收多层平面式螺旋天线2有四层平面螺旋线圈，每层螺距S2为0.394mm，第一层螺旋线圈21 、第二层螺旋线圈22、第三层螺旋线圈23和第四层螺旋线圈24的圈数分别为5、8、8、8，线圈金属导线的宽度为0.2mm，间距为0.2mm；其中第一层螺旋线圈21的内径为6.8mm，外径为10.8mm，第二层螺旋线圈22、第三层螺旋线圈23和第四层螺旋线圈24的内径为 4.4mm，外径为10.8mm。层与层之间的线圈通过金属盲孔首尾连接。同轴输出端口32的内导体与第四层螺旋线圈24连接，外导体与金属接地板52连接。
本实施例中介质材料的外径为11.2mm，长度h1、h2均为2mm。铁氧体环3的外径为5mm，内径为3mm，长度h3为2mm。
本实施例的三个谐振频率为161MHz、201MHz、471MHz。
与现有技术相比，本实施例基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统具有尺寸更小、耦合效率更高、能很好地实现近场耦合通信等优点。

Claims (7)

1.一种基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，其特征在于，该系统包括发射多层平面式螺旋天线（1）、接收多层平面式螺旋天线（2）及圆柱型铁氧体环（3）；所述铁氧体环（3）加载于发射多层平面式螺旋天线（1）和接收多层平面式螺旋天线（2）之间且与发射多层平面螺旋天线（1）及接收多层平面式螺旋天线（2）同轴；其中，信号从所述发射多层平面式螺旋天线（1）的同轴输入端口（31）输入、接收多层平面式螺旋天线（2）的同轴输出端口（32）输出。
2.如权利要求1所述的基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，其特征在于，所述发射多层平面式螺旋天线（1）与接收多层平面式螺旋天线（2）结构一致、尺寸相同且对称设置，多层平面式螺旋天线的层与层之间设有介质材料（4），外层设有金属接地板（5）；层与层之间的线圈通过盲孔首尾连接，并由介质材料（4）封装外围。
3.如权利要求1所述的基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，其特征在于，所述发射多层平面式螺旋天线（1）的直径D1为3.5 mm～11mm，螺距S1为0.35mm～0.5mm，螺旋导线宽度为0.1mm～0.3mm，间距为0.1mm～0.3mm，封装介质材料的高度h1不超过2mm。
4.如权利要求1所述的基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，其特征在于，所述铁氧体环（3）的外径为5mm～7mm，内径为3mm～4mm，长度h3为1mm～2mm。
5.如权利要求1所述的基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，其特征在于，谐振频率为20MHz~500MHz。
6.如权利要求1所述的基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，其特征在于，所述发射多层平面式螺旋天线（1）和接收多层平面式螺旋天线（2）能够同轴相对运动。
7.如权利要求1所述的基于近场耦合的小型化圆形多层平面式螺旋天线系统，其特征在于，所述发射多层平面式螺旋天线（1）和接收多层平面式螺旋天线（2）的金属导线材料是铜、银或金；所述介质材料（4）为FR4环氧树脂或聚四氟乙烯；所述铁氧体环（3）的材料是镍锌铁氧体。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005094319A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非接触ｉｃタグ用コイルアンテナ
CN1228795C (zh) * 1998-07-06 2005-11-23 密德康姆股份有限公司 在磁芯中有电连接的多层变压器
CN201303054Y (zh) * 2008-08-27 2009-09-02 中兴通讯股份有限公司 一种电子终端设备及其近场通信天线
CN201515004U (zh) * 2009-08-28 2010-06-23 中兴通讯股份有限公司 一种近场通信电子终端的天线装置
CN101897081A (zh) * 2007-12-18 2010-11-24 株式会社村田制作所 磁性体天线以及天线装置
CN202009072U (zh) * 2011-02-25 2011-10-12 比亚迪股份有限公司 一种近场通讯天线
WO2012014975A1 (ja) * 2010-07-29 2012-02-02 株式会社村田製作所 共振回路及びアンテナ装置
CN102948015A (zh) * 2010-06-18 2013-02-27 株式会社村田制作所 通信终端设备及天线装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1228795C (zh) * 1998-07-06 2005-11-23 密德康姆股份有限公司 在磁芯中有电连接的多层变压器
JP2005094319A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非接触ｉｃタグ用コイルアンテナ
CN101897081A (zh) * 2007-12-18 2010-11-24 株式会社村田制作所 磁性体天线以及天线装置
CN201303054Y (zh) * 2008-08-27 2009-09-02 中兴通讯股份有限公司 一种电子终端设备及其近场通信天线
CN201515004U (zh) * 2009-08-28 2010-06-23 中兴通讯股份有限公司 一种近场通信电子终端的天线装置
CN102948015A (zh) * 2010-06-18 2013-02-27 株式会社村田制作所 通信终端设备及天线装置
WO2012014975A1 (ja) * 2010-07-29 2012-02-02 株式会社村田製作所 共振回路及びアンテナ装置
CN202009072U (zh) * 2011-02-25 2011-10-12 比亚迪股份有限公司 一种近场通讯天线

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEE.C.K.等: "Multilayer Stacked Coreless Printed Spiral Winding Inductor with Wide Frequency Bandwidth", 《ENERGY CONVERSION CONGRESS AND EXPOSITION》, 24 September 2009 (2009-09-24) *
宫海波: "模型读写器天线研究与设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, no. 9, 15 September 2010 (2010-09-15) *
崔超: "小型化螺旋天线系统的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, no. 10, 15 October 2011 (2011-10-15) *

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