CN104319468B

CN104319468B - 弧形微带天线

Info

Publication number: CN104319468B
Application number: CN201410543595.5A
Authority: CN
Inventors: 李荣强
Original assignee: Chengdu Information Technology Co Ltd of CAS
Current assignee: Chengdu Information Technology Co Ltd of CAS
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2034-10-15
Also published as: CN104319468A

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

弧形微带天线

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

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。