CN104319468B - 弧形微带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微带天线。本发明公开了一种弧形微带天线,包括辐射贴片和介质基板,所述辐射贴片布置在所述介质基板正面,所述辐射贴片至少有一条边为弧线,成外凸形状,所述弧线内侧间隔布置有n条弧形槽,每一条弧形槽都有一端与所述辐射贴片边沿相连;其中,第一条弧形槽始端与辐射贴片边沿相连,第二条弧形槽末端与辐射贴片边沿相连,第三条弧形槽始端与辐射贴片边沿相连,以此类推;n为自然数,n≥1。本发明的弧形微带天线,可以在有限空间获得较大的辐射面积,本发明采用弧形开槽结构,较传统的直线形开槽结构具有更长的电流路径,可以减少开槽数量,有利于缩小天线尺寸,增加天线增益。本发明的天线特别适合用于动物或人体的植入天线。
Description
技术领域
本发明涉及微带天线,特别涉及一种植入动物和人体内的弧线微带天线。
背景技术
微带天线结构如图1和图2所示,一般包括介质基板2及附着在介质基板2正面的辐射贴片1和介质基板2背面的接地面3。有些微带天线也可以不需要接地面3。介质基板2一般采用绝缘材料,辐射贴片2和接地面3通常由金属贴片或金属涂覆层构成。根据不同的使用环境和工作频率,辐射贴片2具有不同的形状,最常见的辐射贴片形状为圆形或长条的矩形。
微带天线正向小型化和宽频带方向发展。天线的小型化是一个特别重要的发展方向,尤其是用于动物或人体内部的植入天线,其小型化具有十分重要的意义。天线的小型化可以通过加载电感、电容等方式实现,也可通过在天线辐射贴片表面增加开槽结构来实现。现有技术开槽结构通常为矩形,所以又称为矩形槽,可以采用光刻或蚀刻工艺形成,如图1中的矩形槽20。开槽结构改变了天线表面的电流分布,延长了电流的流动路径,相当于增加了天线振子的长度,降低了谐振频率,从而有利于天线的小型化。开槽越多,电流的流动路径越长,越有利于天线的小型化。但是开槽结构对微带天线也存在不利影响,如减少了辐射贴片的面积,降低了天线的增益等。特别是对于小型化天线,由于辐射贴片面积本来就十分有限,过多的开槽占用的辐射贴片面积将对天线增益造成较大的影响。还有一种小型化的方法是增加短路线,该方法用短路线在选定的位置连接辐射贴片和接地面,可以使天线尺寸减小约一半。
发明内容
本发明所要解决的技术问题,就是提供一种弧形微带天线,采用弧形辐射贴片和弧形开槽结构,对天线进行小型化处理。
本发明解决所述技术问题,采用的技术方案是,弧形微带天线,包括辐射贴片和介质基板,所述辐射贴片布置在所述介质基板正面,其特征在于,所述辐射贴片至少有一条边为弧线,成外凸形状,所述弧线内侧间隔布置有n条弧形槽,每一条弧形槽都有一端与所述辐射贴片边沿相连;其中,第一条弧形槽始端与辐射贴片边沿相连,第二条弧形槽末端与辐射贴片边沿相连,第三条弧形槽始端与辐射贴片边沿相连,以此类推;n为自然数,n≥1。
本发明的弧形微带天线,辐射贴片至少有一条边为弧线,形成向外突出的结构形状,可以在有限空间获得较大的辐射面积,并可以根据不同的使用环境和装配空间选择不同的弧线形状,如圆弧、椭圆弧、抛物线弧和双曲线弧等。本发明采用弧形开槽结构,较传统的直线形开槽结构具有更长的电流路径,可以减少开槽数量,有利于缩小天线尺寸。本发明中每一条弧形槽都有一端与辐射贴片边沿相连,与辐射贴片边沿形成开口结构,开口位置交错布置,使n条弧形槽将辐射贴片分成首尾相连的n部分,极大地延长了电流路径,天线谐振频率大大降低。
优选的,所述n条弧形槽宽度相等、间隔相等。
采用宽度和间隔都相等的弧形槽,可以充分利用辐射贴片面积,布置更多的弧形槽,也可以简化制造工艺,降低生产成本。
进一步的,所述弧形微带天线还包括接地面,所述接地面布置在所述介质基板背面。
增加接地面,可以改善天线性能,满足一些特殊用途的需要,扩大天线的应用领域。
进一步的,所述接地面与辐射贴片通过短路线连接。
该方案增加了短路线,能够进一步降低天线尺寸,并有利于调整馈电阻抗。
进一步的,所述弧形微带天线还包括介质加载层,所述介质加载层覆盖所述辐射贴片。
该方案增加了一层介质加载层,覆盖在辐射贴片表面,可以隔离辐射贴片,特别适合用于动物或人体组织中,并且通过选择不同的介质还可以调整天线参数,如谐振频率等。
推荐的,所述弧线为圆弧或椭圆弧。
采用圆弧或椭圆弧边围成的形状,边沿比较圆滑,这种形状的辐射贴片结构比较简单,加工比较容易,而且辐射贴片边沿效应小、反射较小。
优选的,所述弧形槽为与所述圆弧同心的圆弧形槽,或与所述椭圆弧同轴的椭圆弧形槽。
对于圆弧形或椭圆弧形的微带天线,弧形槽采用与圆弧同心的圆弧形槽,或与椭圆弧同轴的椭圆弧形槽,能够得到较长的电流路径,实现更均匀的开槽分布,能够提高电流密度的均匀性。
优选的,所述圆弧或椭圆弧的对边为连接所述圆弧或椭圆弧两个端点的直线。
这是一种由圆弧或椭圆弧与直线围成的形状,这种辐射贴片具有结构简单,便于加工的特点。
优选的,所述直线为所述圆弧的直径或椭圆弧的轴。
这是半圆形或半椭圆形辐射贴片,具有形状规整、结构简单、面积适中的特点。
进一步的,所述弧形微带天线用于动物或人体的植入天线。
动物或人体组织属于非均匀损耗介质,非常适合采用半圆形或半椭圆形辐射贴片的天线结构。
本发明的有益效果是,辐射贴片具有足够的增益,外围包络线圆滑、无突变。采用本发明技术,天线尺寸能够进一步缩小,非常适合用于动物或人体的植入医疗设备或监控设备。
附图说明
图1是现有技术微带天线结构示意图;
图2是图1的剖视图;
图3是实施例1的弧形微带天线结构示意图(未示出介质加载层);
图4是实施例1弧形微带天线剖视图(示出了介质加载层);
图5是实施例2的辐射贴片结构示意图;
图6是实施例3的辐射贴片结构示意图;
图7是实施例4的辐射贴片结构示意图;
图8是实施例5的辐射贴片结构示意图;
图9是实施例6的辐射贴片结构示意图;
图10是实施例7的辐射贴片结构示意图。
其中,1为辐射贴片;2为介质基板;3为接地面;4为介质加载层;5为同轴馈线;20为开槽结构;30为馈电点(同轴馈线的芯线连接点);40为短路线;c为槽宽度;d为间隔宽度(条带宽度)。
具体实施方式
下面结合附图及实施例,详细描述本发明的技术方案。需要说明的是,具体实施方式中公开的内容,仅仅用于说明本发明的技术方案,不应被理解为对本发明保护范围的限定。
本发明的弧形微带天线,辐射贴片为弧形结构,至少有一条边为弧线,形成向外突出的结构形状,可以在有限空间获得较大的辐射面积,有利于提高天线的增益。实际应用时,可以根据不同的使用环境和装配空间选择不同的弧线形状,如圆弧、椭圆弧、抛物线弧和双曲线弧等。在天线小型化方面,本发明采用弧形开槽结构,较传统的直线形开槽结构具有更长的电流路径,可以减少开槽数量,有利于缩小天线尺寸,提高天线增益。本发明中每一条弧形槽都有一端与辐射贴片边沿相连,与辐射贴片边沿形成开口结构,开口位置交错布置,使n条弧形槽将辐射贴片分成首尾相连的n部分,极大地延长了电流路径,天线谐振频率大大降低,对于设定的工作频率,天线尺寸可以更小。
实施例1
本例弧形微带天线为半圆形的片状结构,包括辐射贴片1、介质基板2、接地面3和介质加载层4,如图3和图4所示。辐射贴片1由半圆形金属贴片构成,布置在介质基板2的正面,辐射贴片1的弧形边为半圆弧APB,对边AOB为半圆弧的直径。介质基板2的面积略大于辐射贴片1的面积,其背面布置有相同大小的接地面3。接地面3为金属涂覆层,并通过短路线40与辐射贴片1连接。本例辐射贴片1半圆弧APB,成外凸形状,如图3所示。半圆弧APB内侧等间隔d布置有3条相同宽度c的圆弧形槽20,每一条圆弧形槽都是与半圆弧APB同心的圆弧形槽,圆弧形槽20长度略小于半圆弧的长度。每一条圆弧形槽20都有一端与辐射贴片1的AOB边沿相连。其中,第一条圆弧形槽20(图3中位于辐射贴片1最外侧的槽)的始端(图3中为右端)与辐射贴片1的AOB边沿相连,第二条圆弧形槽20(图3中位于辐射贴片1中间的槽)的末端(图3中为左端)与辐射贴片1的AOB边沿相连,第三条圆弧形槽20(图3中位于辐射贴片1最内侧的槽)的始端(图3中为右端)与辐射贴片1的AOB边沿相连,参见图3。本例弧形微带天线,槽的这种配置方式,使辐射贴片1被分成3根宽度为d的弧形条带,并且这3根弧形条带首尾相连,形成蜿蜒曲折的电流路径,大大降低了辐射贴片的谐振频率,天线尺寸可以大大降低。本例弧形微带天线是用于动物或人体的植入天线,由图4可以看出,本例弧形微带天线还包括覆盖在辐射贴片1上面的质加载层4,质加载层4可以采用与介质基板2相同材料或不同材料的介质,既可以隔离辐射贴片1,还可以通过选择介电常数,调整天线参数和尺寸。本例天线采用50Ω同轴线5馈电,同轴线5的芯线连接在馈电点30处,其屏蔽层与接地面连接,参见图4。通过调整馈电点30与短路线40的相对位置,可以调整馈电阻抗,进行阻抗匹配。
一款结构如图3和图4所示的工作在医用植入式通信服务(MICS)频段的小型化开槽半圆形植入天线,具体参数如下:
辐射贴片半径为9mm,槽宽c为0.4mm,弧形条带宽度d为1.6mm,介质基板和介质加载层厚度均为0.5mm,介质材料为Rogers6010,介电常数10.2。可以看出,整个天线的最大尺寸不超过20mm,厚度约1mm(辐射贴片及接地面厚度通常在50μm以下,可以忽略),天线体积大约157mm3。对于一款工作在MICS频段(402~405MHz)的微带天线,其小型化程度远远超过了通常小型化所能够达到的水平(1/7~1/10波长)。
实施例2
如图5所示,辐射贴片1是由圆弧APB和直线AOB围成的形状,圆弧APB小于半圆弧,辐射贴片面积小于半圆的辐射贴片,该天线开槽结构参见实施例1的描述。
实施例3
如图6所示,辐射贴片1是由圆弧APB和直线AOB围成的形状,圆弧APB大于半圆弧,辐射贴片面积大于半圆的辐射贴片,该天线开槽结构参见实施例1的描述。
实施例4
如图7所示,辐射贴片1是由圆弧APB和圆弧AOB围成的形状,该天线开槽结构包括4条圆弧形槽,他们与圆弧APB为同心圆。该辐射贴片形状由两段圆弧围成,具有更加圆滑的边界和更大的辐射面积。
实施例5
本例天线辐射贴片为半椭圆形,辐射贴片的APB边为椭圆弧,辐射贴片的AOB边为椭圆弧APB的短轴,如图8所示。本例天线椭圆弧APB内侧布置有3条与该椭圆弧同轴的椭圆弧形槽,这3条椭圆弧形槽的布置方式与实施例1相同,也是一端与辐射贴片的AOB边沿相连,其连接端也是交错布置的,将辐射贴片分割成3条首尾相连、蜿蜒曲折的椭圆弧形条带。
实施例6
如图9所示,也是一种辐射贴片为半椭圆形的弧形微带天线,与实施例5不同的是,AOB边为椭圆弧APB的长轴。
实施例7
本例弧形微带天线,辐射贴片形状是由一条椭圆弧APB和一条圆弧AOB围成的图形,如图10所示。本例天线的特点是辐射贴片边沿圆滑,有效辐射面积大,谐振频率低。
Claims (9)
1.弧形微带天线,包括辐射贴片和介质基板,所述辐射贴片布置在所述介质基板正面,其特征在于,所述辐射贴片至少有一条边为弧线,成外凸形状,所述弧线内侧间隔布置有n条弧形槽,每一条弧形槽都有一端与所述辐射贴片边沿相连;其中,第一条弧形槽始端与辐射贴片边沿相连,第二条弧形槽末端与辐射贴片边沿相连,第三条弧形槽始端与辐射贴片边沿相连,以此类推;n为自然数,n≥1;所述弧形微带天线用于动物或人体的植入天线。
2.根据权利要求1所述的弧形微带天线,其特征在于,所述n条弧形槽宽度相等、间隔相等。
3.根据权利要求1所述的弧形微带天线,其特征在于,所述弧形微带天线还包括接地面,所述接地面布置在所述介质基板背面。
4.根据权利要求3所述的弧形微带天线,其特征在于,所述接地面与辐射贴片通过短路线连接。
5.根据权利要求1所述的弧形微带天线,其特征在于,所述弧形微带天线还包括介质加载层,所述介质加载层覆盖所述辐射贴片。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的弧形微带天线,其特征在于,所述弧线为圆弧或椭圆弧。
7.根据权利要求6所述的弧形微带天线,其特征在于,所述弧形槽为与所述圆弧同心的圆弧形槽,或与所述椭圆弧同轴的椭圆弧形槽。
8.根据权利要求7所述的弧形微带天线,其特征在于,所述圆弧或椭圆弧的对边为连接所述圆弧或椭圆弧两个端点的直线。
9.根据权利要求8所述的弧形微带天线,其特征在于,所述直线为所述圆弧的直径或椭圆弧的轴。
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