CN106602256B - 一种用于医疗检测的圆极化贴片天线 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，用于解决现有的圆极化贴片天线结构比较复杂，集成化难度大，成本高，体积大并且不具备定向性的技术问题。本发明实施例的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线包括：椭圆贴片、微带馈线、单层双面PCB板、挖槽地板；其中所述微带馈线突出连接在所述椭圆贴片外周处；所述挖槽地板包括挖空的椭圆槽、矩形贴片；所述矩形贴片凹在所述椭圆槽内；所述椭圆槽与所述椭圆贴片形成的环缝构成电容加载；所述椭圆贴片和所述矩形贴片耦合短路构成电感加载。
Description
技术领域
本发明涉及天线与微波领域，尤其涉及一种用于医疗检测的圆极化贴片天线。
背景技术
随着现代通信技术的发展，单纯的线极化很难满足通信要求。圆极化天线具有可接收任意极化方式的来波，且其辐射波也可被任意极化方式的天线收到，有旋向正交性，能够抑制云雨干扰和抗多径反射等优点。
微带圆极化天线由于结合了微带天线和圆极化天线二者的优点和特性，因此被广泛应用于无线应用，如：测量、通信、卫星、航天、全球定位系统和RFID系统等卫星通信、遥控、遥测技术的发展。
目前在通信、测控系统中可以形成的微带圆极化天线主要有以下几种结构形式，在性能上虽各有特点，但均存在某种不足。
1、同轴馈电圆极化微带天线，该形式天线具有阻抗、轴比带宽宽的特点，但电路板集成化难度较大，不利于安装。
2、切角圆极化微带天线，该形式天线结构简单，轮廓低，但天线轴比、驻波带宽小于2％。
3、外接圆极化电桥的圆极化微带天线形式，该形式的微带天线轴比、驻波带宽较宽，通常其小于3dB轴比带宽大于15％，小于2dB的驻波带宽大于20％，但外接圆极化电桥占用空间较大、馈线冗长、差损较大，不利于天线、网络一体化。
4、采用单侧馈技术实现圆极化是当前的研究热点，但结构比较复杂，且难于实现，因此，简化其结构设计成为设计的关键。
5、医疗检测设备需要天线体积小，且具有定向性能，而大多数的圆极化天线不具备定向性，这是医疗检测领域所亟需解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，解决了现有的圆极化贴片天线结构比较复杂，集成化难度大，成本高，体积大并且不具备定向性的技术问题。
本发明实施例的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，包括：
椭圆贴片、微带馈线、单层双面PCB板、挖槽地板；
所述微带馈线突出连接在所述椭圆贴片外周处；
所述挖槽地板包括挖空的椭圆槽、矩形贴片；
所述矩形贴片凹在所述椭圆槽内；
所述椭圆槽与所述椭圆贴片形成的环缝构成电容加载；
所述椭圆贴片和所述矩形贴片耦合短路构成电感加载。
优选地，
所述圆极化贴片天线的工作频率为5.8GHz ISM频段。
优选地，
所述椭圆贴片的长轴a1是所述圆极化贴片天线的工作频率所对应波长的0.3-0.4倍，所述椭圆贴片的长轴a1和所述椭圆贴片的短轴b1轴比为1.04-1.05。
优选地，
所述单层双面PCB板为FR4_epoxy微波材料,相对介电常数为4-5，正切损耗为0-0.05，厚度为0-2mm，双面覆铜板的厚度均为30-40μm，长度L1为30-35mm，宽度W1为30-50mm。
优选地，
所述微带馈线的输入阻抗为50Ω，长度L2为8mm，宽度W2为1.82mm。
优选地，
所述椭圆槽的面积大于所述椭圆贴片的面积。
优选地，
所述椭圆槽的长轴a2为15-30mm，短轴b2为21-22mm。
优选地，
所述矩形贴片的长度L3为10-20mm，宽度W3为1.6-2.0mm。
优选地，
所述椭圆槽的长轴与所述微带馈线的投影夹角为40-50度。
优选地，
所述椭圆贴片的长轴与所述微带馈线的夹角为40-50度。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，包括：椭圆贴片、微带馈线、单层双面PCB板、挖槽地板；其中所述微带馈线突出连接在所述椭圆贴片外周处；所述挖槽地板包括挖空的椭圆槽、矩形贴片；所述矩形贴片凹在所述椭圆槽内；所述椭圆槽与所述椭圆贴片形成的环缝构成电容加载；所述椭圆贴片和所述矩形贴片耦合短路构成电感加载。本实施例中，通过加载电容和电感的方式实现天线的圆极化、简单化、小型化和定向性设计，充分发挥微带天线和圆极化天线二者结合的优点和特性，天线性能较高，坚固性强，实用性高，而且成本低，采用单点馈电设计天线，结构简单，易于集成，与其他圆极化微带天线比较无需外接圆极化馈电网络，且可形成较好的圆极化辐射效果，此外，该设计实现了天线与网络一体化设计，可实现阵列天线设计，适用于要求圆极化天线的医疗检测设备中，解决了现有的圆极化贴片天线结构比较复杂，集成化难度大，成本高，体积大并且不具备定向性的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线装置的一个实施例的结构示意图；
图2本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线装置的一种椭圆贴片结构图；
图3本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线装置的一种挖槽地板结构图；
图4本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线装置的回波损耗图；
图5本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线装置的xz和yz截面上的增益方向图；
图6本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线装置的三维增益方向图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，用于解决现有的圆极化贴片天线结构比较复杂，集成化难度大，成本高，体积大并且不具备定向性的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，包括：
椭圆贴片1、微带馈线2、单层双面PCB板、挖槽地板4；
所述微带馈线2突出连接在所述椭圆贴片1外周处；
所述挖槽地板4包括挖空的椭圆槽5、矩形贴片6；
所述矩形贴片6凹在所述椭圆槽5内；
所述椭圆槽5与所述椭圆贴片1形成的环缝构成电容加载；
所述椭圆贴片1和所述矩形贴片6耦合短路构成电感加载。
进一步地，
所述圆极化贴片天线的工作频率为5.8GHz ISM频段。
进一步地，
所述椭圆贴片1的长轴a1是所述圆极化贴片天线的工作频率所对应波长的0.3-0.4倍，所述椭圆贴片1的长轴a1和所述椭圆贴片1的短轴b1轴比为1.04-1.05。
进一步地，
所述单层双面PCB板为FR4_epoxy微波材料,相对介电常数为4-5，正切损耗为0-0.05，厚度为0-2mm，双面覆铜板的厚度均为30-40μm，长度L1为30-35mm，宽度W1为30-50mm。
进一步地，
所述微带馈线2的输入阻抗为50Ω，长度L2为8mm，宽度W2为1.82mm。
进一步地，
所述椭圆槽5的面积大于所述椭圆贴片1的面积。
进一步地，
所述椭圆槽5的长轴a2为15-30mm，短轴b2为21-22mm。
进一步地，
所述矩形贴片6的长度L3为10-20mm，宽度W3为1.6-2.0mm。
进一步地，
所述椭圆槽5的长轴与所述微带馈线2的投影夹角为40-50度；
进一步地，
所述椭圆贴片1的长轴与所述微带馈线2的夹角为40-50度。
请参阅图1，本发明实施例中提供的一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，包括：
椭圆贴片1、微带馈线2、矩形单层双面PCB板3、挖槽地板4；
所述微带馈线2凸起在所述椭圆贴片1外，且所述微带馈线2与所述椭圆贴片1的椭圆周相连；
所述挖槽地板4包括挖空的椭圆槽5、矩形贴片6；
所述矩形贴片6凹在所述椭圆槽5内；
所述椭圆槽5与所述椭圆贴片1形成的环缝构成电容加载；
所述椭圆贴片1和所述矩形贴片6耦合短路构成电感加载；
所述挖槽地板4为矩形；
所述挖槽地板4的长度和宽度分别和所述矩形单层双面PCB板3的长度和宽度相同。
进一步地，
所述圆极化贴片天线的工作频率为5.8GHz ISM频段。
进一步地，
如图2，所述椭圆贴片1天线的长轴a1是所述圆极化贴片天线的工作频率所对应波长的0.34倍，所述椭圆贴片1天线的长轴a1和所述椭圆贴片1天线的短轴b1轴比为1.0438。
进一步地，
如图2，所述矩形单层双面PCB板3为FR4_epoxy微波材料,相对介电常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1mm，双面覆铜板的厚度均为35μm，长度L1为33.5mm，宽度W1为40mm。
进一步地，
如图2，所述微带馈线2的输入阻抗为50Ω，长度L2为8mm，宽度W2为1.82mm。
进一步地，
所述椭圆槽5的面积大于所述椭圆贴片1的面积。
进一步地，
所述椭圆槽5的长轴a2为22mm，短轴b2为21.07mm。
进一步地，
如图3，所述矩形贴片1的长度L3为15mm，宽度W3为1.85mm。
进一步地，
所述椭圆槽5的长轴与所述微带馈线2的投影夹角为45度；
进一步地，
所述椭圆贴片1的长轴与所述微带馈线2的夹角为45度。
图1为本发明提供的一种用于医疗检测的定向圆极化贴片天线的整体结构图。该天线由椭圆贴片1、微带馈线2、矩形单层双面PCB板3以及挖槽的地板4组成。
图2为本发明实施例中的椭圆贴片天线结构图，包括椭圆贴片1和微带馈线2以及矩形单层双面PCB板3。
在具体实施中，椭圆贴片1的长轴与微带馈线2的夹角为45度。椭圆贴片1的长轴a1是天线工作中心频率所对应波长的0.34倍，a1为17.35mm，b1为16.62mm，轴比为1.0438。微带馈线的输入阻抗为50Ω，长度L2为8mm，宽度W2为1.82mm。矩形单层双面PCB板3选用FR4_epoxy微波材料，介电常数为4.4，正切损耗为0.02，厚度为1mm，双面覆铜板的厚度均为35μm。长度L1为33.5mm，宽度W1为40mm。
图3为本发明实施例中的挖槽的地板结构图，包括挖空的椭圆槽5和矩形贴片6。
在具体实施中，挖空的椭圆槽5的长轴与微带馈线2的投影夹角为45度，且椭圆槽5的面积大于椭圆贴片1的面积。椭圆槽5的长轴a2为22mm，短轴b2为21.07mm。矩形贴片6的长度L3为15mm，宽度W3为1.85mm。其中，椭圆槽5与椭圆贴片1形成的环缝构成电容加载，椭圆贴片1和矩形贴片6耦合短路构成电感加载，从而在工作频段内实现圆极化定向性辐射。
图4为本发明实施例提供的一种用于医疗检测的定向圆极化贴片天线的回波损耗图。如图4所示，该天线的工作中心频率为5.8GHz，工作频带为5.42GHz-6.32GHz，绝对带宽达到0.9GHz，满足宽带天线的要求。
图5为本发明实施例提供的一种用于医疗检测的定向圆极化贴片天线的电磁仿真轴比曲线图。如图5所示，在主辐射方向-4.5deg-21.0deg范围内，轴比均小于3dB，表明圆极化效果较好。
图6为本发明实施例提供的一种用于医疗检测的定向圆极化贴片天线的xz和yz截面上的增益方向图。如图6所示，xz截面上的增益方向图表明该天线沿z轴方向的辐射最强，yz截面上的增益方向图表明该天线沿z轴和-z轴方向的辐射非常集中，从而说明所设计天线具有良好的定向辐射性能。
本发明公开了一种用于医疗检测的定向圆极化贴片天线由椭圆贴片1、微带馈线2、矩形单层双面PCB板3以及挖槽的地板4组成。所述矩形单层双面PCB板3选用FR4_epoxy微波材料，所述挖槽地板4由挖空的椭圆槽5和矩形贴片6组成。本发明具有结构简单，体积小，成本低以及宽工作频带等特点，与现有的圆极化微带天线相比，该设计采用单点馈电、同时加载电容和电感的方式实现定向圆极化，且其工作于5.8GHz ISM频段，可广泛应用于医疗检测领域。
本发明应用于5.8GHz ISM频段的医疗检测器或对辐射方向有定向要求的仪器设备。本发明提供了一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，通过加载电容和电感的方式实现天线的圆极化、简单化、小型化和定向性设计，本发明天线性能较高，坚固性强，实用性高，而且成本低，设计天线采用单点馈电设计，结构简单，易于集成，与其他圆极化微带天线比较无需外接圆极化馈电网络，且可形成较好的圆极化辐射效果，此外，该设计实现了天线与网络一体化设计，可实现阵列天线设计，适用于要求圆极化天线的医疗检测设备中。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，包括：
椭圆贴片、微带馈线、单层双面PCB板、挖槽地板；
所述微带馈线突出连接在所述椭圆贴片外周处；
所述挖槽地板包括挖空的椭圆槽、矩形贴片；
所述矩形贴片凹在所述椭圆槽内；
所述椭圆槽的面积大于所述椭圆贴片的面积；
所述椭圆槽与所述椭圆贴片形成的环缝构成电容加载；
所述椭圆贴片和所述矩形贴片耦合短路构成电感加载。
2.根据权利要求1所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，
所述圆极化贴片天线的工作频率为5.8GHz ISM频段。
3.根据权利要求2所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，
所述椭圆贴片的长轴a1是所述圆极化贴片天线的工作频率所对应波长的0.3-0.4倍，所述椭圆贴片的长轴a1和所述椭圆贴片的短轴b1轴比为1.04-1.05。
4.根据权利要求3所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，
所述单层双面PCB板为FR4_epoxy微波材料,相对介电常数为4-5，正切损耗为0-0.05，厚度为0-2mm，双面覆铜板的厚度均为30-40μm，长度L1为30-35mm，宽度W1为30-50mm。
5.根据权利要求4所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，
所述微带馈线的输入阻抗为50Ω，长度L2为8mm，宽度W2为1.82mm。
6.根据权利要求1所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，所述椭圆槽的长轴a2为15-30mm，短轴b2为21-22mm。
7.根据权利要求6所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，所述矩形贴片的长度L3为10-20mm，宽度W3为1.6-2.0mm。
8.根据权利要求7所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，所述椭圆槽的长轴与所述微带馈线的投影夹角为40-50度。
9.根据权利要求8所述的用于医疗检测的圆极化贴片天线，其特征在于，所述椭圆贴片的长轴与所述微带馈线的夹角为40-50度。
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