CN111555017A - 一种用于耳垂血糖浓度检测的超宽带天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于耳垂血糖浓度检测的超宽带天线，为单面印刷平面结构，平面尺寸总长L＝13.7mm,总宽W＝12mm，包括馈电贴片和地板，馈电贴片是实现电场能量辐射到空间的谐振单元。地板为曲折环绕的结构，包围在馈电贴片的外周，地板的内周边围成类十字形，设有非闭合的开口槽，开口槽的相对侧为半圆形，开口槽宽度W6＝1.9mm；馈电贴片位于类十字形的中部，馈电贴片向开口槽内伸展的部分为等腰三角形；馈电贴片向开口槽的相对侧伸展部分为矩形；馈电贴片向类十字形的其他两个方向伸展的部分为对称的梯形；辐射贴片和地板之间的不规则缝隙为天线的谐振区域。

Description

一种用于耳垂血糖浓度检测的超宽带天线
技术领域
本发明涉及一种天线。
背景技术
近年来，超宽带(Ultra—wideband，UWB)短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视。超宽带技术，相对于窄带技术，具有能耗低，精度高，速率快等优点，成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。传统的一些超宽带天线结构可以实现覆盖美国联邦通信委员会(FCC)规定的超宽带民用频带，但是天线的尺寸也相应比较大。针对现代通信系统小型化的趋势要求，研究结构紧凑、驻波比小、工作频带宽的平面天线是十分有意义的。
随着微波无线技术快速发展，超宽带技术可适用的领域不断被拓展，尤其在人体医学领域的研究不断深化。国内外对于医学检测领域的起步比较早，早期主要是研究以微波成像技术为主的诊断技术，包括早期乳腺肿瘤检测技术以及血糖浓度检测技术，利用单天线或者多天线系统，发射电磁信号以及接收经反射回来的电磁波，经过信号对比，进行定位、诊断、成像等研究。用于人体微波检测的天线应具有在组织表面稳定的阻抗表现，且应具备足够小的尺寸，方便地布置于各种组织表面，比如可进行血糖浓度检测的耳垂组织，其表面积狭小。设计适用于耳垂表面的微波检测用小型超宽带天线，在超宽带血糖浓度检测技术发展中，是一个重要的技术节点。
用于耳垂组织表面检测的超宽带天线，主要问题是解决小尺寸和带宽的问题，以及信号在组织表面的强反射问题。一个良好的检测用超宽带天线，应当在规定频段内有稳定的反射特性，以及对信号的良好接收，为后期的信号处理提供基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以用于耳垂组织表面检测的超宽带天线，适用于3.1-10.6GHz的超宽带频率范围，工作频带内具有稳定的工作特性，能有效发射和接收高频信号。技术方案如下：
一种用于耳垂血糖浓度检测的超宽带天线，为单面印刷平面结构，平面尺寸总长L＝13.7mm,总宽W＝12mm，包括馈电贴片和地板，馈电贴片是实现电场能量辐射到空间的谐振单元，其特征在于，地板为曲折环绕的结构，包围在馈电贴片的外周，地板的内周边围成类十字形，设有非闭合的开口槽，开口槽宽度W6＝1.9mm；馈电贴片位于类十字形的中部，馈电贴片向开口槽内伸展的部分为等腰三角形；辐射贴片和地板之间的不规则缝隙为天线的谐振区域。
优选地，开口槽相对侧长条形的宽度小于开口槽，其端部为闭合的半圆形，半圆形的半径R＝0.7mm。
梯形上底长度L5＝0.4mm，梯形上底距离地板内周边W5＝2.8mm。
等腰三角形的顶点距离天线边部L1＝3.1mm。
馈电贴片向类十字形的其他两个方向伸展的部分为两个对称的梯形。
馈电贴片向开口槽的相对侧伸展部分为矩形，矩形宽W4＝0.4mm，长L7＝0.4mm。
所述的超宽带天线的印刷图形如说明书附图的图1所示。
本发明的有益效果如下：
(1)该天线是一种耳垂组织的血糖浓度检测用超宽带天线，在整个超宽带频段中性能良好，适用于耳垂组织表面，以及一些和人体皮肤组织的介电常数相近的组织。
(2)采用此种超宽带缝隙天线结构设计，天线的整体尺寸微小，能方便地集成在微波检测系统中，天线在工作频带内工作特性良好，可以顺利进行信号电磁波的发射与接收。
(3)该天线发射的电磁波传输介质为皮肤组织，天线在用于耳垂组织血糖浓度检测时，应紧靠地贴附在组织表面。
附图说明
图1该天线的正面结构示意图
图2该天线的S11特性曲线
图3该天线的发射和接收信号波形
具体实施方式
此天线为单面印刷平面结构，印刷在介电常数为10.2的Rogers6010型介质基板上，整体尺寸为12mm×13.7mm×0.635mm，图1是此款超宽带天线正面结构示意图。此天线为单面印刷的双层结构，分别为介质基板层和金属层其中金属层包含两个部分，图1的深色部分即为印刷的金属平面。天线的几何尺寸参数为L＝13.7mm,W＝12mm,L1＝3.1mm,L2＝2.7mm,L3＝1.5mm,L4＝2mm,L5＝0.4mm,L6＝2mm,L7＝0.4mm,R＝0.7mm,W1＝5.05mm,W2＝0.7mm,W3＝1.6mm,W4＝0.4mm,W5＝2.8mm,W6＝1.9mm。
该天线正面由馈电贴片1和地板2组成，馈电贴片是实现电场能量辐射到空间的谐振单元，馈电贴片与射频连接器的信号线相连，适用于该款天线的连接器为mini-SMP同轴，能将电磁波由传输线传递到馈电贴片1，使天线的辐射不受传输线的的影响。地板2为曲折环绕的结构，有非闭合的开口槽，其宽度为图1中W6，开口槽的宽度为1.9mm。辐射贴片2和地板2之间的不规则缝隙为天线的谐振区域。
图2为天线的S11参数图，在3-11GHz的范围里，该天线覆盖了超宽带民用的规定频段：3.1-10.6GHz，天线的整体回波损耗均在-10dB以下，具有良好的匹配效果，能量传输效率较高，符合工作要求。
图3为天线在工作时的输入和接收信号波形。信号在经过组织内部的反射后，其峰值数目不变，波形起伏趋势不变，仅在幅值有变化，幅值变化可经过后续信号放大处理恢复，因此该天线符合实际的检测需要。
通过调节辐射贴片的结构和开口槽的宽度，可以调节天线在较高频率和较低频率的匹配特性，保证天线在不同介电常数组织表面的阻抗特性，该款小型超宽带天线在3.1-10.6GHz的整体工作频带内，可以有效发射和接收超宽带信号。最终天线实现了12mm×13.7mm×0.635mm的微小尺寸，较传统的超宽带天线大幅减小，天线的收发信号良好。

Claims (7)

1.一种用于耳垂血糖浓度检测的超宽带天线，为单面印刷平面结构，平面尺寸总长L＝13.7mm,总宽W＝12mm，包括馈电贴片和地板，馈电贴片是实现电场能量辐射到空间的谐振单元。其特征在于，地板为曲折环绕的结构，包围在馈电贴片的外周，地板的内周边围成类十字形，设有非闭合的开口槽，开口槽宽度W6＝1.9mm；馈电贴片位于类十字形的中部，馈电贴片向开口槽内伸展的部分为等腰三角形；辐射贴片和地板之间的不规则缝隙为天线的谐振区域。
2.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，开口槽相对侧长条形的宽度小于开口槽，其端部为闭合的半圆形，半圆形的半径R＝0.7mm。
3.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，梯形上底长度L5＝0.4mm，梯形上底距离地板内周边W5＝2.8mm。
4.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，等腰三角形的顶点距离天线边部L1＝3.1mm。
5.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，馈电贴片向类十字形的其他两个方向伸展的部分为两个对称的梯形。
6.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，馈电贴片向开口槽的相对侧伸展部分为矩形，矩形宽W4＝0.4mm，长L7＝0.4mm。
7.根据权利要求1所述的超宽带天线，其特征在于，所述的超宽带天线的印刷图形如说明书附图的图1所示。
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