CN105206921B - 超宽带天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超宽带天线，它主要包括介质基片、主辐射单元、曲折微带馈线、天线地板和预留射频电路地板。所述主辐射单元(5)由一椭圆环和调谐枝节(6)组成，所述曲折微带馈线(3)呈直角弯曲状将馈电点引致所需位置，所述天线地板(1)具有梯形结构，引入矩形槽结构(4)调节高频阻抗以匹配到50欧姆。所述预留射频电路地板(8)与天线地板共面且做无缝连接。在此基础上，模拟仿真了所需供电电池(9)以及人体组织(11)对天线的影响，所得结果满足工程需要。

Description

超宽带天线

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及到一种超宽带天线，具体是一种平面印制超宽带单极子天线。

背景技术

平面印制单极子天线凭借其独特的低剖面、超宽带、设计制作简单、成本低廉、易于与射频电路集成等性质，已经被广泛作为此类天线应用于各种无线通信场合，例如精确定位系统等。

大部分已有的平面印制单极子天线，仅仅只围绕小型化、低剖面、超宽带进行，没有做到与射频电路和供电设备等的协同仿真设计。因此，使得所设计天线形式与电子设备的兼容性大打折扣，辐射效率极低，严重影响无线通信系统信号接收和传输性能。

针对以上需求，本发明设计了一种用于可穿戴胸牌卡的超宽带天线，该发明集成了预留的射频电路部分以及电能供给设备。其具有结构简单、制作方便、成本低廉等优点，为实现精确定位、宽带高速通信等电子设备提供了一种可行的天线设计方案。

发明内容

依据本发明的一个方面，提出了一种超宽带天线，包括：介质基片7、天线地板1、主辐射单元5和曲折微带馈线3。介质基片7具有上表面和下表面。天线地板1印制于介质基片7的下表面上，沿纵向呈两侧对称，天线地板1具有上边和下边，其中，从上边向下延伸有开槽结构4。主辐射单元5，印制在介质基片7的上表面上，包括椭圆环和调谐枝节。椭圆环的内环上具有上顶点和下顶点，且上顶点和下顶点均位于椭圆环的内长轴上，其中，椭圆环的内长轴位于纵向上。调谐枝节6位于椭圆环中间且连通上下顶点。曲折微带馈线3，印制在介质基片7的上表面上，具有两端，一端连接至主辐射单元5且位于开槽结构4的上方，另一端作为馈电点位于天线地板1的下边上方。

附图说明

图1为依据本发明一个实施例的天线结构的俯视图；

图2为图1中所示天线结构的主辐射单元与地板的局部示意图；

图3为图1中所示天线结构的侧视图；

图4为对图1中天线结构仿真所得的天线驻波特性曲线图。

其中各图标记名称为：1表示天线地板，2表示馈电点，3表示曲折微带馈线，4表示地板上的矩形槽，5表示主辐射椭圆环，6表示环中间调谐枝节，7表示PCB介质基片，8表示预留射频电路地板，9表示金属包裹供电电池，10为封装塑料卡片，11为模拟的人体组织；l+lg为基片整体的长度，w为天线地板下边宽度，ws为上边宽度，ls为其高度，lb为金属包裹电池长度，wb为金属包裹电池宽度，l1为椭圆环外短轴长，l2为椭圆环外长轴长，l3为椭圆环内短轴长，l4为椭圆环内长轴长，wt为中间调谐枝节宽度，dh和dl分别为矩形槽宽度和长度，wf为曲折微带馈线宽度，d1为第一节微带线长度，d2为第二节微带线长度，d3为第三节微带线长度，h1为介质基片厚度，h2为金属包裹电池厚度，h3为仿真所设基片上方辐射体与人体组织之间的距离，h4为仿真模拟的人体组织厚度。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称“元件”“连接到”或“耦接”到另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。相同的附图标记指示相同的元件。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

为使本发明设计原理，技术特点更加清晰明了，下面结合附图对实施例进行进一步的具体说明。

【实施例1】

如图1所示，本发明所涉及的一种超宽带天线包括：介质基片7、主辐射单元5、曲折微带馈线3、天线地板1、预留射频电路地板8以及供电电池金属结构9；所述主辐射单元5和曲折微带馈线3印制于介质基片7的一侧，天线地板1和预留射频电路地板8印制在介质基片7的另外一侧；信号经过馈电点2馈入，再经过曲折微带线3把高频电流信号传送到主辐射单元5，由此辐射到自由空间向外传播；各种所需的射频模块可制作在预留的射频电路板8上，不会对天线性能造成较大的影响。图2为本发明所涉及的一种实施例的局部示意图，所述主辐射单元5示例性地包括椭圆环结构和调谐枝节。其中，椭圆环外短轴长为l1，外长轴长为l2，内短轴长为l3，内长轴长为l4。在一个实施例中，椭圆环结构可以包括导电性能良好的金属薄膜。调谐枝节位于椭圆环结构中间，具有宽度wt，它可以有效地调节天线在高频波段的阻抗匹配。在一个实施例中，调谐枝节连接在椭圆环的环形结构上。更进一步地，调谐枝节还可以位于椭圆环结构的长轴上。

所述曲折微带馈线3印制在介质基片7上，用于连接主辐射单元5和射频电路，其具有宽度为wf。在图2所示的局部示意图中，曲折微带馈线3示例性地包括三段长度分别为d1、d2、d3的微带线，其一端连接至主辐射单元5，其另一端为馈电点以使得信号可由此馈入，可以为位于预留射频地板8与天线地板1连接处的任何一点处。在一个实施例中，曲折微带馈线3可以是导电性能良好的金属薄膜。在另一实施例中，曲折微带馈线3的特性阻抗可以为50欧姆。曲折微带馈线3可将馈电点2引导至预留射频地板8与天线地板1连接处的任何一点处，极大地增强了射频电路的设计灵活性。

所述的介质基片7为绝缘材料，宽度为w，长度为l+lg。在一具实施例中，介质基片7的厚度为0.5mm，介电常数为3.5。本领域技术人员应当理解介质基片7的厚度和介电常数的选取是为了配合射频电路部分，可以为任何适合的数值。在图1所示实施例中，所述天线地板1具有上边和下边，其中，下边具有宽度w，上边具有宽度ws。在图2所示局部示意图中，为获得良好的匹配，上边宽度ws可以小于下边宽度w。当然，本领域技术人员应当理解，在其它实施例中，上边的宽度也可以不小于下边宽度，例如大于或者等于下边宽度。在本实施例中，上边和下边之间的两腰可以采用直线连接，在另一个实施例中，也可采用指数线型、弧状线型或其它任何适合的形式连接。在图1所示实施例中，天线地板1上边中点处，开有宽度和长度分别为dh和dl的矩形槽结构，以调节高频阻抗以匹配到50欧姆。在一个实施例中，所述矩形槽结构位于曲折微带馈线3和主辐射单元5相结点正下方。在图1所示实施例中，预留射频电路地板8和天线地板1的宽度相同，均为w。然而，在另一个实施例中，预留射频电路地板8和天线地板1的宽度也可以不相同。在另一个实施例中，槽结构也可使用梯形、弧形等槽结构

【实施例2】

在实施例1的基础上，所述超宽带天线结构进一步包括金属包裹的电池结构9，其位于在介质基板上，且与天线地板1和预留射频电路地板8隔离开来。在一个实施例中，电池结构9的高度可以示例性地为3.5mm，此尺寸可以根据需要进行一定范围内的调整。在一个实施例中，为使得辐射单元5尽量远离人体表面，以获得更好的驻波特性和更高的辐射效率，介质基片与电池结构9平行放置。而且，整个天线模块可以放置于图1所示的塑料封装卡片10内部，在一个优选实施例中整个天线模块厚度不超过6mm。

【实施例3】

在上述实施例的基础上，进一步的，将模拟的人体组织考虑到仿真环境中来，以检验所述天线的实际可用性。具体情况如下所述。

如图3所示，天线主辐射单元5到人体组织11的距离为h3，所述人体组织11的厚度为h4，电池底部与人体组织11中间间隔的距离为预留的包装卡片壳厚度和衣物厚度。

所述人体组织11及天线各部分的具体参数见下表1：

表1单位：mm

l	lg	w	ls	ws	wf	l1	l2	l3
									35	45	32.5	13	20.5	1.2	8	9	6
l4	wt	dl	dh	d1	d2	d3	h3	h4
									6.75	1	1.2	1.2	7	10.15	6	9	18

图4为本发明所给出的各个具体实施例下的天线仿真驻波系数。可以看出，尽管在附加金属电池结构和人体组织以后，天线驻波系数出现了不同程度的波动，但从仿真结果来看，所述可穿戴胸牌卡超宽带天线仍能都满足工程需要。其可用的工作带宽覆盖了3.1～10.6GHz的超宽带频带。

以上为本发明的优选实施例，本发明的保护范围不仅仅限于上述实施例，应当指出，凡是属于本发明思路下的技术方案和设计构想，都应该属于本发明的保护范围。实施例中的各个参数仅是为了清楚表述发明人的设计验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围。凡是应用本发明的说明书及附图结构所做的相似改动都应该归属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超宽带天线，包括：

介质基片(7)，具有上表面和下表面；

天线地板(1)，印制于介质基片(7)的下表面上，具有上边和下边，其中，从上边向下边方向延伸有开槽结构(4)，所述天线地板(1)关于天线地板(1)上边的中垂线呈左右对称；

主辐射单元(5)，印制在介质基片(7)的上表面上，包括：

椭圆环，椭圆环的内环上具有上顶点和下顶点，且上顶点和下顶点均位于椭圆环的内长轴上，其中，椭圆环的内长轴位于纵向上；和

调谐枝节(6)，调谐枝节位于椭圆环中间且连通上下顶点；和

曲折微带馈线(3)，印制在介质基片(7)的上表面上，具有两端，一端连接至主辐射单元(5)且位于开槽结构(4)的上方，另一端作为馈电点位于天线地板(1)的下边上方。

2.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述曲折微带馈线(3)呈直角弯曲状。

3.如权利要求2所述的超宽带天线，其特征在于，曲折微带馈线(3)的直角拐弯处具有切角。

4.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述开槽结构(4)包括矩形、梯形或者弧形。

5.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述天线地板(1)的上边和下边两侧分别通过直线、指数型或者圆弧形连接。

6.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，超宽带天线还包括预留射频电路地板(8)，预留射频电路地板(8)与天线地板(1)无缝连接。

7.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，超宽带天线还包括供电电池(9)，所述供电电池(9)位于介质基板的下表面下方。

8.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，超宽带天线封装于塑料卡(10)内。

9.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述曲折微带馈线(3)的特性阻抗为50欧姆。

10.如权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，超宽带天线应用于可穿戴胸牌卡中。