CN107134634A - 结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，是一种应用于人体内部的具有宽频带圆极化特性的胶囊天线，放置于内窥镜胶囊内部。该天线首先采用单层圆形Rogers介质基板，其直径与胶囊直径相同，通过底部同轴馈电。该基板上表面为互相垂直的两根金属带，其中一根在靠近胶囊壁端短路接地，与同轴一起形成非平衡馈电方式。在此结构基础上，基板上表面两根金属带往胶囊壁延生出L形枝节，从而达到以下几个效果：扩大天线辐射口径，增加辐射效率；增长电流路径的同时，不多占据胶囊内部空间，更好得实现小型化；在所需频段形成两个正交的模式，为圆极化性能铺垫。

Description

结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线

技术领域

本发明涉及一种用于人体内外无线通信的植入天线，特别涉及一种结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线。

背景技术

无线胶囊内窥镜系统是个人健康诊疗系统中的代表性器件之一，能让临床医生直接观测人体消化道内图像，其以便捷、无创、无痛、无交叉感染、不影响患者正常工作等优点，在消化道疾病诊断及治疗领域显示了重要的研究意义及应用价值。其中，由于植入胶囊天线位置及方向的不可见性，如果采用两个线极化天线进行信号从体内至体外的传输，很容易产生极化失配损耗，而圆极化天线可以接收任意极化的来波，而其辐射波也能被任意极化的天线收到。但是如果仅外部天线具有圆极化性能，则有3dB的损耗不可避免。

圆极化的植入天线研究难度很大，大至人体及人体各部位的差异性，小至植入深度的变化都会对其性能产生影响，至今为止对圆极化植入天线的研究较少。2009年Y.Rahmat-Samii领导的团队提出偶极子胶囊天线，天线被设计在胶囊壁上以减小天线体积，其具有一定的圆极化性能，但是轴比性能依旧有待提高。C. R. Liu在2014年提出了一个工作在ISM频段（以2.45 GHz为中心频点）的圆极化贴片天线，但就性能而言，轴比带宽较窄，还可以进一步改进。同年，C. R. Liu提出了上升螺旋形式的植入天线，获得了较宽的轴比带宽，但是其多层结构占据了较多空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，是一种应用于人体内部的具有宽频带圆极化特性的胶囊天线。该天线结合了置于胶囊内部的单层平面介质和贴合胶囊壁的柔性介质，不但充分利用胶囊壁降低了天线在胶囊内部占据的空间，更扩大了天线辐射口径。此外，通过在介质底部加载环形槽实现了胶囊天线的宽带圆极化性能。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，该天线包括平面介质板、柔性介质板、第一和第二L形枝节、第一和第二金属条带以及金属接地板，其中：

柔性介质板形成胶囊壁结构；第一和第二L形枝节共形附着在柔性介质板形成的胶囊内壁上；

平面介质板为圆形，其直径与柔性介质板形成的胶囊壁内径一致；平面介质板垂直于柔性介质板；

金属接地板设置在平面介质板的下表面，金属接地板上还设置有环形开口槽；

第一和第二金属条带设置在平面介质板的上表面，且第一和第二金属条带互相垂直；第一金属条带的一端与第一L形枝节连接，第二金属条带的一端与第二L形枝节连接；其中，第一金属条带与第一L形枝节连接的一端通过接地柱与金属地连接；

该天线为同轴馈电，馈电点位于平面介质板的圆心处。

作为本发明的进一步技术方案，所述第一和第二L形枝节的结构与尺寸均相同。

作为本发明的进一步技术方案，所述第一和第二金属条带的交点与平面介质板的圆心重合。

作为本发明的进一步技术方案，所述环形开口槽的圆心与平面介质板的圆心重合。

作为本发明的进一步技术方案，所述第一和第二金属条带的结构与尺寸均相同。

作为本发明的进一步技术方案，所述环形开口槽的开口位于第一金属条带与第一L形枝节连接的一端和第二金属条带与第二L形枝节连接的一端之间。

作为本发明的进一步技术方案，所述环形开口槽的开口到第一金属条带的距离与其到第二金属条带的距离相同。

作为本发明的进一步技术方案，所述第一L形枝节绕天线中心90度旋转后与第二L形枝节重合。

作为本发明的进一步技术方案，所述柔性介质板的介电常数为3.15，厚度为0.15mm。

作为本发明的进一步技术方案，所述平面介质板的介电常数为10.2，厚度为0.635mm。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1）引入平面介质结合柔性介质的概念，减小天线在胶囊内部占据的空间，并扩大辐射口径，根据胶囊环境满足胶囊天线的特殊需求；

2）是采用正交金属带结构，结合非平衡馈电形式，得到较宽的轴比带宽；

3）扩大天线辐射口径，增加辐射效率；

4）增长电流路径的同时，不多占据胶囊内部空间，更好得实现小型化；

5）在所需频段形成两个正交的模式，为圆极化性能铺垫。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的俯视图；

其中，1-柔性介质板，2-平面介质板，3-L形枝节，4-L形枝节，5-同轴馈电点，6-金属接地板，7-环形开口槽，8-金属条带，9-金属条带，10-接地柱；

图4是本发明的S参数和轴比仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提出一种新型的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线结构，如图1、图2和图3所示，其适用于人体环境。结合胶囊特殊构造，采用柔性介质板1和平面介质板2的结合，柔性介质板1形成胶囊壁结构；平面介质板2呈圆形，其直径与胶囊内径尺寸一致。天线结构建立在柔性介质板1和平面介质板2两种介质面上，柔性介质板1与平面介质板2垂直。天线采用同轴馈电，馈电点5位于平面介质板2的圆心处。

一对围绕中心点旋转90度的L形枝节3、4共形附着在柔性介质板1的内表面，L形枝节3、4的结构与尺寸相同。平面介质板2的下表面设置有金属接地板6，金属接地板6上还设置有环形开口槽7。平面介质板2的上表面设置有一对互相垂直的金属条带8、9，金属条带8、9的一端分别与L形支节3、4连接，其中，金属条带9靠近胶囊壁的一端通过接地柱10与金属接地板6连接，形成非平衡馈电。

进一步地，所述环形开口槽7的圆心与平面介质板的圆心重合，其开口位于第一金属条带与第一L形枝节连接的一端和第二金属条带与第二L形枝节连接的一端之间，且开口到第一金属条带的距离与其到第二金属条带的距离相同。

本发明的天线具有很好的宽带圆极化性能，如图4所示为本发明天线的S参数和轴比仿真图。仿真过程中，柔性介质板1的外表面与高介电系数的人体组织接触；平面介质板2与胶囊内部的空气介质接触。本发明中，金属条带8、9以及L形枝节3、4的尺寸决定了天线工作频点；馈电点5和接地柱10的位置决定了天线的轴比性能。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，该天线包括平面介质板、柔性介质板、第一和第二L形枝节、第一和第二金属条带以及金属接地板，其中：

柔性介质板形成胶囊壁结构；第一和第二L形枝节共形附着在柔性介质板形成的胶囊内壁上；

平面介质板为圆形，其直径与柔性介质板形成的胶囊壁内径一致；平面介质板垂直于柔性介质板；

金属接地板设置在平面介质板的下表面，金属接地板上还设置有环形开口槽；

第一和第二金属条带设置在平面介质板的上表面，且第一和第二金属条带互相垂直；第一金属条带的一端与第一L形枝节连接，第二金属条带的一端与第二L形枝节连接；其中，第一金属条带与第一L形枝节连接的一端通过接地柱与金属地连接；

该天线为同轴馈电，馈电点位于平面介质板的圆心处。

2.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述第一和第二L形枝节的结构与尺寸均相同。

3.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述第一和第二金属条带的交点与平面介质板的圆心重合。

4.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述环形开口槽的圆心与平面介质板的圆心重合。

5.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述第一和第二金属条带的结构与尺寸均相同。

6.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述环形开口槽的开口位于第一金属条带与第一L形枝节连接的一端和第二金属条带与第二L形枝节连接的一端之间。

7.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述环形开口槽的开口到第一金属条带的距离与其到第二金属条带的距离相同。

8.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述第一L形枝节绕天线中心90度旋转后与第二L形枝节重合。

9.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述柔性介质板的介电常数为3.15，厚度为0.15 mm。

10.根据权利要求1所述的结合平面和柔性介质的宽带圆极化胶囊天线，其特征在于，所述平面介质板的介电常数为10.2，厚度为0.635 mm。