CN108832285A - 一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线 - Google Patents

Abstract

本发明是一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，包括四层介质基板C，所述螺旋胶囊天线采用双臂螺旋结构，在第一层所述介质基板C的正面和背面对称的设置有螺旋臂，在第二层、第三层和第四层介质基板C上对称的设置螺旋臂，螺旋臂之间通过金属通孔D首尾相连，在第一层所述介质基板C的背面还设置有输入端A，从所述输入端A输入相位差为180°的输入信号进行馈电。本发明不需要采用穿地的单极馈电形式，因此天线辐射时受到地结构的影响较小，其应用范围比单臂螺旋天线更广，在结构上，将螺旋臂平面化，实现了天线的小型化，在性能上，双臂螺旋天线具有比单臂螺旋天线更宽的带宽，在可穿戴及生物医疗应用方面有着良好的前景。

Description

一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线

技术领域

本发明属于天线制造的技术领域，具体的说是涉及一种双臂螺旋天线，尤其是一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线。

背景技术

在现代医学领域，有线胃肠内窥镜（Wired Gastrointestinal Endoscopes）检查通常用于对胃肠道疾病的诊断和治疗，但是，这种内窥镜检查通常会引起患者的不适甚至疼痛，并且由于设备长度有限以及人体内消化器官结构复杂，所以，有线内窥镜检查有着很大的局限性，随着科技的发展，无线胶囊内窥镜（Wireless Capsule Endoscopes，WCE）作为一种新型的无痛无创消化道诊断技术，为消化道疾病的诊断带来了全新的选择。WCE系统通常包括微型摄像头、LED、电池、无线收发器、天线等主要部分，是一种集光电工程、图像处理、信息通讯及生物医学与一体的综合系统，其中用于图像数据发射的无线通讯天线，直接影响到无线信息传输的质量，是无线胶囊内窥镜系统的重要组成部分，在该系统中，天线的主要作用是将图像传感器在人体消化道内采集到的数据以电磁波的形式发送到体外的接收装置。由于对诊断性能的要求，需要提高图像传感器的分辨率以及帧速率，因此要求无线通讯系统具有较高的传输速率以及较大的带宽。

传统的天线形式及功能在一定程度上已经不能满足无线胶囊内窥镜系统的需求，为了满足该系统体积小，稳定性高等要求，天线相应的朝着平面化、小型化、宽带化、大容量、多功能等方向发展。目前国内外研究的天线微型化技术主要有：采用高介电常数或高磁导率的基板材料；改变电流路径增加电尺寸；采用加载技术附加有源网络；改变基板结构等方法。现有的许多用于该系统的天线还存在着尺寸偏大、结构复杂、带宽较窄、增益较小等不足，天线结构还有待进一步改良。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，其对双臂螺旋结构进行平面化改良，结构简单，易于实现，同时具有传输带宽较宽的特点。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，包括四层介质基板C，所述螺旋胶囊天线采用双臂螺旋结构，在第一层所述介质基板C的背面对称的设置有螺旋臂A1、螺旋臂B1，在第一层所述所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A2、螺旋臂B2，在第二层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A3、螺旋臂B3，在第三层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A4、螺旋臂B4，在第四层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A5、螺旋臂B5，所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5之间通过金属通孔D首尾相连，螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5之间通过金属通孔D首尾相连，在第一层所述介质基板C的背面还设置有输入端A，从所述输入端A输入相位差为180°的输入信号进行馈电。

本发明的进一步改进在于：所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5、螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5的宽度均为1.4mm，以所述介质基板C的中心为圆心，每层介质基板C上的单条螺旋臂内侧距离圆心3.2mm，螺旋臂外侧距离圆心4.6mm，弧度为104°。

本发明的进一步改进在于：每一层所述介质基板C的厚度为0.6mm，所述介质基板的材料为Rogers 3010。

本发明的进一步改进在于：八个所述金属通孔D和所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5、螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5印制于所述介质基板C上。

本发明中的螺旋胶囊天线采用双臂螺旋结构，每一层上的螺旋臂对称分布在很薄的介质基板上，当输入180 °相位差的输入信号时，较单臂螺旋天线，在天线辐射全向性、天线带宽方面会有更好的效果。

由于每层介质基板具有两个螺旋臂，不需要采用穿地的单极馈电形式，天线辐射时受到地结构的影响较小，其应用范围比单臂螺旋更广，在结构上，通过将螺旋双臂平面化实现了小型化，在性能上，双臂螺旋天线具有比单臂螺旋天线更宽的带宽，在可穿戴及生物医疗应用方面有着良好的前景。

本发明中的双臂螺旋天线与普通的螺旋天线不同，普通的螺旋天线一般由五部分组成：馈电端口、匹配电路、辐射螺旋臂、介质基板和地构成。对于地结构，一般和辐射螺旋臂分布于介质基板的不同表面，传统的螺旋天线一般通过穿地的单极馈电形式进行馈电，金属螺旋臂辐射时，受到地结构的影响较大，本发明中的双臂螺旋天线需要从输入端A输入相位差为180°的输入信号进行馈电，去除地结构，减小地结构对金属螺旋臂辐射时产生的影响，很大程度上增加了天线的带宽，工作带宽约为2.9GHz。

该双臂螺旋天线工作时的谐振频率，由分布在每一层上螺旋双臂的长度决定，谐振频率会随着螺旋双臂长度的增加而降低，由于两条螺旋臂是对称结构，调节时需要同步调节，通过调节每一层上螺旋双臂的长度，可以很好地控制天线工作时的谐振频率。

本发明的有益效果是：本发明不需要采用穿地的单极馈电形式，工作时在馈电端对螺旋双臂添加相位差为180°的输入信号，天线辐射时受到地结构的影响较小，在很大程度上增加了天线的带宽，并且通过将螺旋双臂分布在多层很薄的介质基板上，节省了大量的空间，很好地实现了天线的小型化，将天线方便地植入微小的胶囊系统中。

本发明的天线的谐振频率中心频率为2.4GHz，其对双臂螺旋结构进行平面化改良，使螺旋双臂位于平面基板上，可安装于胶囊内窥镜的两端，尺寸微小，易于实现，具有较宽的工作带宽，加工成本较低，适于批量加工生产。

附图说明

图1 是本发明的结构示意图。

图2 是本发明天线整体侧视图。

图3 是本发明天线底部第一层的立体图。

图4 是本发明天线第一层背面结构示意图。

图5 是本发明天线第一层正面结构示意图。

图6 是本发明天线第二层正面结构示意图。

图7是本发明天线第三层正面结构示意图。

图8 是本发明天线第四层正面结构示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1-8所示，本发明是一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，包括四层介质基板C，每一层所述介质基板C的厚度为0.6mm，所述介质基板的材料为Rogers 3010，所述螺旋胶囊天线采用双臂螺旋结构，每一层上的螺旋臂对称分布在很薄的介质基板上，当输入180 °相位差的输入信号时，较单臂螺旋天线，在天线辐射全向性、天线带宽方面会有更好的效果，在第一层所述介质基板C的背面对称的设置有螺旋臂A1、螺旋臂B1，在第一层所述所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A2、螺旋臂B2，在第二层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A3、螺旋臂B3，在第三层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A4、螺旋臂B4，在第四层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A5、螺旋臂B5，也就是说在胶囊天线中，金属螺旋臂A1、A2、A3、A4、A5和螺旋臂B1、B2、B3、B4、B5成对称状位于四层介质基板C上，所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5之间通过金属通孔D首尾相连，也就是说螺旋臂A1、螺旋臂A2之间、螺旋臂A2、螺旋臂A3之间、螺旋臂A3、螺旋臂A4之间、螺旋臂A4、螺旋臂B5之间首尾通过金属通孔相连，螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5之间通过金属通孔D首尾相连，也就是说螺旋臂B1、螺旋臂B2之间、螺旋臂B2、螺旋臂B3之间、螺旋臂B3、螺旋臂B4之间、螺旋臂B4、螺旋臂B5之间均通过金属通孔首尾相连，八个所述金属通孔D和所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5、螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5印制于所述介质基板C上，换句话说每一层介质基板之间通过金属通孔D进行连接，在第一层所述介质基板C的背面还设置有输入端A，从所述输入端A输入相位差为180°的输入信号进行馈电，本发明对地结构进行了改变，需要从输入端A输入相位差为180°的输入信号进行馈电，一般螺旋天线地结构和辐射螺旋臂分布于介质基板的不同表面，传统的螺旋天线一般通过穿地的单极馈电形式进行馈电，天线辐射时受到地结构的影响较大，本发明中的双臂螺旋天线去除地结构，减小辐射螺旋臂对地的依赖，很大程度上增加了天线的带宽，工作带宽约为2.9GHz。

本发明中的双臂螺旋天线将螺旋双臂平面化，通常情况下，螺旋双臂多分布在一个平面介质基板或者圆柱介质基板的柱面上，若分布在一个平面介质基板上，由于空间有限，螺旋双臂的长度将会受到限制，这将不利于对天线性能进行调节，更不利于天线小型化的制作；若分布在圆柱介质基板的柱面上，随着螺旋双臂长度的增加，天线空间尺寸也会变大，也不利于小型化，本发明涉及的双臂螺旋天线将螺旋双臂A1、A2、A3、A4、A5和B1、B2、B3、B4、B5对称分布在多层很薄的介质基板C上，胶囊天线的第二层、第三层和第四层结构完全相同，在每一层介质基板上，所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5、螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5 的宽度为1.4mm，以介质基板的中心为圆心，每层介质基板C上的单条螺旋臂内侧距离圆心3.2mm，螺旋臂外侧距离圆心4.6mm，弧度为104°，在连接时，只需旋转对应的角度，通过金属通孔D将相邻两层的螺旋臂首尾相连即可，相邻的两层螺旋臂旋转104°之后通过金属通孔进行连接，这样在满足了螺旋天线基本的特性基础上，通过将螺旋双臂平面化，既可以方便地调节螺旋双臂的长度来优化天线的性能，又很好地实现了天线的小型化，将天线方便地植入微小的胶囊系统中。

在制造方面，该平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线的制造可以采用半导体工艺、陶瓷工艺、激光工艺或印刷电路工艺，将天线阵列印制在很轻薄介质基板之上。该小型化双臂螺旋胶囊天线的螺旋双臂A1、A2、A3、A4、A5和B1、B2、B3、B4、B5和金属通孔D均由导电性能良好的导体材料构成，印制于很薄的介质基板C上。

本发明不需要采用穿地的单极馈电形式，因此天线辐射时受到地结构的影响较小，其应用范围比单臂螺旋天线更广，在结构上，将螺旋臂平面化，实现了天线的小型化，在性能上，双臂螺旋天线具有比单臂螺旋天线更宽的带宽，在可穿戴及生物医疗应用方面有着良好的前景。

Claims (4)

1.一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，包括四层介质基板C，其特征在于：所述螺旋胶囊天线采用双臂螺旋结构，在第一层所述介质基板C的背面对称的设置有螺旋臂A1、螺旋臂B1，在第一层所述所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A2、螺旋臂B2，在第二层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A3、螺旋臂B3，在第三层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A4、螺旋臂B4，在第四层所述介质基板C的正面对称的设置螺旋臂A5、螺旋臂B5，所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5之间通过金属通孔D首尾相连，螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5之间通过金属通孔D首尾相连，在第一层所述介质基板C的背面还设置有输入端A，从所述输入端A输入相位差为180°的输入信号进行馈电。

2.根据权利要求1所述一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，其特征在于：所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5、螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5的宽度均为1.4mm，以所述介质基板C的中心为圆心，每层介质基板C上的单条螺旋臂内侧距离圆心3.2mm，螺旋臂外侧距离圆心4.6mm，弧度为104°。

3.根据权利要求1所述一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，其特征在于：每一层所述介质基板C的厚度为0.6mm，所述介质基板的材料为Rogers 3010。

4.根据权利要求1所述一种平面化四层双臂螺旋宽频带胶囊天线，其特征在于：八个所述金属通孔D和所述螺旋臂A1、螺旋臂A2、螺旋臂A3、螺旋臂A4、螺旋臂B5、螺旋臂B1、螺旋臂B2、螺旋臂B3、螺旋臂B4、螺旋臂B5印制于所述介质基板C上。