弧形微帶天線的製作方法
2023-11-05 19:10:27 1
弧形微帶天線的製作方法
【專利摘要】本發明涉及微帶天線。本發明公開了一種弧形微帶天線，包括輻射貼片和介質基板，所述輻射貼片布置在所述介質基板正面，所述輻射貼片至少有一條邊為弧線，成外凸形狀，所述弧線內側間隔布置有n條弧形槽，每一條弧形槽都有一端與所述輻射貼片邊沿相連；其中，第一條弧形槽始端與輻射貼片邊沿相連，第二條弧形槽末端與輻射貼片邊沿相連，第三條弧形槽始端與輻射貼片邊沿相連，以此類推；n為自然數，n≥1。本發明的弧形微帶天線，可以在有限空間獲得較大的輻射面積，本發明採用弧形開槽結構，較傳統的直線形開槽結構具有更長的電流路徑，可以減少開槽數量，有利於縮小天線尺寸，增加天線增益。本發明的天線特別適合用於動物或人體的植入天線。
【專利說明】
弧形微帶天線
【技術領域】
[0001]本發明涉及微帶天線，特別涉及一種植入動物和人體內的弧線微帶天線。
【背景技術】
[0002]微帶天線結構如圖1和圖2所示，一般包括介質基板2及附著在介質基板2正面的輻射貼片I和介質基板2背面的接地面3。有些微帶天線也可以不需要接地面3。介質基板2 —般採用絕緣材料，輻射貼片2和接地面3通常由金屬貼片或金屬塗覆層構成。根據不同的使用環境和工作頻率，輻射貼片2具有不同的形狀，最常見的輻射貼片形狀為圓形或長條的矩形。
[0003]微帶天線正向小型化和寬頻帶方向發展。天線的小型化是一個特別重要的發展方向，尤其是用於動物或人體內部的植入天線，其小型化具有十分重要的意義。天線的小型化可以通過加載電感、電容等方式實現，也可通過在天線輻射貼片表面增加開槽結構來實現。現有技術開槽結構通常為矩形，所以又稱為矩形槽，可以採用光刻或蝕刻工藝形成，如圖1中的矩形槽20。開槽結構改變了天線表面的電流分布，延長了電流的流動路徑，相當於增加了天線振子的長度，降低了諧振頻率，從而有利於天線的小型化。開槽越多，電流的流動路徑越長，越有利於天線的小型化。但是開槽結構對微帶天線也存在不利影響，如減少了輻射貼片的面積，降低了天線的增益等。特別是對於小型化天線，由於輻射貼片面積本來就十分有限，過多的開槽佔用的輻射貼片面積將對天線增益造成較大的影響。還有一種小型化的方法是增加短路線，該方法用短路線在選定的位置連接輻射貼片和接地面，可以使天線尺寸減小約一半。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題，就是提供一種弧形微帶天線，採用弧形輻射貼片和弧形開槽結構，對天線進行小型化處理。
[0005]本發明解決所述技術問題，採用的技術方案是，弧形微帶天線，包括輻射貼片和介質基板，所述輻射貼片布置在所述介質基板正面，其特徵在於，所述輻射貼片至少有一條邊為弧線，成外凸形狀，所述弧線內側間隔布置有η條弧形槽，每一條弧形槽都有一端與所述輻射貼片邊沿相連；其中，第一條弧形槽始端與輻射貼片邊沿相連，第二條弧形槽末端與輻射貼片邊沿相連，第三條弧形槽始端與輻射貼片邊沿相連，以此類推；η為自然數，η > I。
[0006]本發明的弧形微帶天線，輻射貼片至少有一條邊為弧線，形成向外突出的結構形狀，可以在有限空間獲得較大的輻射面積，並可以根據不同的使用環境和裝配空間選擇不同的弧線形狀，如圓弧、橢圓弧、拋物線弧和雙曲線弧等。本發明採用弧形開槽結構，較傳統的直線形開槽結構具有更長的電流路徑，可以減少開槽數量，有利於縮小天線尺寸。本發明中每一條弧形槽都有一端與輻射貼片邊沿相連，與輻射貼片邊沿形成開口結構，開口位置交錯布置，使η條弧形槽將輻射貼片分成首尾相連的η部分，極大地延長了電流路徑，天線諧振頻率大大降低。
[0007]優選的，所述η條弧形槽寬度相等、間隔相等。
[0008]採用寬度和間隔都相等的弧形槽，可以充分利用輻射貼片面積，布置更多的弧形槽，也可以簡化製造工藝，降低生產成本。
[0009]進一步的，所述弧形微帶天線還包括接地面，所述接地面布置在所述介質基板背面。
[0010]增加接地面，可以改善天線性能，滿足一些特殊用途的需要，擴大天線的應用領域。
[0011]進一步的，所述接地面與輻射貼片通過短路線連接。
[0012]該方案增加了短路線，能夠進一步降低天線尺寸，並有利於調整饋電阻抗。
[0013]進一步的，所述弧形微帶天線還包括介質加載層，所述介質加載層覆蓋所述輻射貼片。
[0014]該方案增加了一層介質加載層，覆蓋在輻射貼片表面，可以隔離輻射貼片，特別適合用於動物或人體組織中，並且通過選擇不同的介質還可以調整天線參數，如諧振頻率等。
[0015]推薦的，所述弧線為圓弧或橢圓弧。
[0016]採用圓弧或橢圓弧邊圍成的形狀，邊沿比較圓滑，這種形狀的輻射貼片結構比較簡單，加工比較容易，而且輻射貼片邊沿效應小、反射較小。
[0017]優選的，所述弧形槽為與所述圓弧同心的圓弧形槽，或與所述橢圓弧同軸的橢圓弧形槽。
[0018]對於圓弧形或橢圓弧形的微帶天線，弧形槽採用與圓弧同心的圓弧形槽，或與橢圓弧同軸的橢圓弧形槽，能夠得到較長的電流路徑，實現更均勻的開槽分布，能夠提高電流密度的均勻性。
[0019]優選的，所述圓弧或橢圓弧的對邊為連接所述圓弧或橢圓弧兩個端點的直線。
[0020]這是一種由圓弧或橢圓弧與直線圍成的形狀，這種輻射貼片具有結構簡單，便於加工的特點。
[0021]優選的，所述直線為所述圓弧的直徑或橢圓弧的軸。
[0022]這是半圓形或半橢圓形輻射貼片，具有形狀規整、結構簡單、面積適中的特點。
[0023]進一步的，所述弧形微帶天線用於動物或人體的植入天線。
[0024]動物或人體組織屬於非均勻損耗介質，非常適合採用半圓形或半橢圓形輻射貼片的天線結構。
[0025]本發明的有益效果是，輻射貼片具有足夠的增益，外圍包絡線圓滑、無突變。採用本發明技術，天線尺寸能夠進一步縮小，非常適合用於動物或人體的植入醫療設備或監控設備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是現有技術微帶天線結構示意圖；
[0027]圖2是圖1的剖視圖；
[0028]圖3是實施例1的弧形微帶天線結構示意圖(未示出介質加載層)；
[0029]圖4是實施例1弧形微帶天線剖視圖(示出了介質加載層)；
[0030]圖5是實施例2的輻射貼片結構示意圖；
[0031]圖6是實施例3的輻射貼片結構示意圖；
[0032]圖7是實施例4的輻射貼片結構示意圖；
[0033]圖8是實施例5的輻射貼片結構示意圖；
[0034]圖9是實施例6的輻射貼片結構示意圖；
[0035]圖10是實施例7的輻射貼片結構示意圖。
[0036]其中，I為輻射貼片；2為介質基板；3為接地面；4為介質加載層；5為同軸饋線；20為開槽結構；30為饋電點(同軸饋線的芯線連接點)；40為短路線；c為槽寬度；d為間隔寬度(條帶寬度)。
【具體實施方式】
[0037]下面結合附圖及實施例，詳細描述本發明的技術方案。需要說明的是，【具體實施方式】中公開的內容，僅僅用於說明本發明的技術方案，不應被理解為對本發明保護範圍的限定。
[0038]本發明的弧形微帶天線，輻射貼片為弧形結構，至少有一條邊為弧線，形成向外突出的結構形狀，可以在有限空間獲得較大的輻射面積，有利於提高天線的增益。實際應用時，可以根據不同的使用環境和裝配空間選擇不同的弧線形狀，如圓弧、橢圓弧、拋物線弧和雙曲線弧等。在天線小型化方面，本發明採用弧形開槽結構，較傳統的直線形開槽結構具有更長的電流路徑，可以減少開槽數量，有利於縮小天線尺寸，提高天線增益。本發明中每一條弧形槽都有一端與輻射貼片邊沿相連，與輻射貼片邊沿形成開口結構，開口位置交錯布置，使η條弧形槽將輻射貼片分成首尾相連的η部分，極大地延長了電流路徑，天線諧振頻率大大降低，對於設定的工作頻率，天線尺寸可以更小。
[0039]實施例1
[0040]本例弧形微帶天線為半圓形的片狀結構，包括輻射貼片1、介質基板2、接地面3和介質加載層4，如圖3和圖4所示。輻射貼片I由半圓形金屬貼片構成，布置在介質基板2的正面，輻射貼片I的弧形邊為半圓弧APBJt$A0B為半圓弧的直徑。介質基板2的面積略大於輻射貼片I的面積，其背面布置有相同大小的接地面3。接地面3為金屬塗覆層，並通過短路線40與輻射貼片I連接。本例輻射貼片I半圓弧ΑΡΒ，成外凸形狀，如圖3所示。半圓弧APB內側等間隔d布置有3條相同寬度c的圓弧形槽20，每一條圓弧形槽都是與半圓弧APB同心的圓弧形槽，圓弧形槽20長度略小於半圓弧的長度。每一條圓弧形槽20都有一端與輻射貼片I的AOB邊沿相連。其中，第一條圓弧形槽20 (圖3中位於輻射貼片I最外側的槽)的始端(圖3中為右端)與輻射貼片I的AOB邊沿相連，第二條圓弧形槽20 (圖3中位於輻射貼片I中間的槽)的末端(圖3中為左端)與輻射貼片I的AOB邊沿相連，第三條圓弧形槽20(圖3中位於輻射貼片I最內側的槽)的始端(圖3中為右端)與輻射貼片I的AOB邊沿相連，參見圖3。本例弧形微帶天線，槽的這種配置方式，使輻射貼片I被分成3根寬度為d的弧形條帶，並且這3根弧形條帶首尾相連，形成蜿蜒曲折的電流路徑，大大降低了輻射貼片的諧振頻率，天線尺寸可以大大降低。本例弧形微帶天線是用於動物或人體的植入天線，由圖4可以看出，本例弧形微帶天線還包括覆蓋在輻射貼片I上面的質加載層4，質加載層4可以採用與介質基板2相同材料或不同材料的介質，既可以隔離輻射貼片1，還可以通過選擇介電常數，調整天線參數和尺寸。本例天線採用50Ω同軸線5饋電，同軸線5的芯線連接在饋電點30處，其屏蔽層與接地面連接，參見圖4。通過調整饋電點30與短路線40的相對位置，可以調整饋電阻抗，進行阻抗匹配。
[0041]一款結構如圖3和圖4所示的工作在醫用植入式通信服務(MICS)頻段的小型化開槽半圓形植入天線，具體參數如下:
[0042]福射貼片半徑為9mm,槽寬c為0.4mm,弧形條帶寬度d為1.6mm,介質基板和介質加載層厚度均為0.5mm，介質材料為ROgers6010，介電常數10.2。可以看出，整個天線的最大尺寸不超過20mm，厚度約Imm (輻射貼片及接地面厚度通常在50 μ m以下，可以忽略)，天線體積大約157mm3。對於一款工作在MICS頻段(402?405MHz)的微帶天線，其小型化程度遠遠超過了通常小型化所能夠達到的水平(1/7?1/10波長)。
[0043]實施例2
[0044]如圖5所示，輻射貼片I是由圓弧APB和直線AOB圍成的形狀，圓弧APB小於半圓弧，輻射貼片面積小於半圓的輻射貼片，該天線開槽結構參見實施例1的描述。
[0045]實施例3
[0046]如圖6所示，輻射貼片I是由圓弧APB和直線AOB圍成的形狀，圓弧APB大於半圓弧，輻射貼片面積大於半圓的輻射貼片，該天線開槽結構參見實施例1的描述。
[0047]實施例4
[0048]如圖7所示，輻射貼片I是由圓弧APB和圓弧AOB圍成的形狀，該天線開槽結構包括4條圓弧形槽，他們與圓弧APB為同心圓。該輻射貼片形狀由兩段圓弧圍成，具有更加圓滑的邊界和更大的輻射面積。
[0049]實施例5
[0050]本例天線輻射貼片為半橢圓形，輻射貼片的APB邊為橢圓弧，輻射貼片的AOB邊為橢圓弧APB的短軸，如圖8所示。本例天線橢圓弧APB內側布置有3條與該橢圓弧同軸的橢圓弧形槽，這3條橢圓弧形槽的布置方式與實施例1相同，也是一端與輻射貼片的AOB邊沿相連，其連接端也是交錯布置的，將輻射貼片分割成3條首尾相連、蜿蜒曲折的橢圓弧形條帶。
[0051]實施例6
[0052]如圖9所示，也是一種輻射貼片為半橢圓形的弧形微帶天線，與實施例5不同的是，AOB邊為橢圓弧APB的長軸。
[0053]實施例7
[0054]本例弧形微帶天線,福射貼片形狀是由一條橢圓弧APB和一條圓弧AOB圍成的圖形，如圖10所示。本例天線的特點是輻射貼片邊沿圓滑，有效輻射面積大，諧振頻率低。
【權利要求】
1.弧形微帶天線，包括輻射貼片和介質基板，所述輻射貼片布置在所述介質基板正面，其特徵在於，所述輻射貼片至少有一條邊為弧線，成外凸形狀，所述弧線內側間隔布置有η條弧形槽，每一條弧形槽都有一端與所述輻射貼片邊沿相連；其中，第一條弧形槽始端與輻射貼片邊沿相連，第二條弧形槽末端與輻射貼片邊沿相連，第三條弧形槽始端與輻射貼片邊沿相連，以此類推為自然數，η彡1。
2.根據權利要求1所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述η條弧形槽寬度相等、間隔相等。
3.根據權利要求1所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述弧形微帶天線還包括接地面，所述接地面布置在所述介質基板背面。
4.根據權利要求3所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述接地面與輻射貼片通過短路線連接。
5.根據權利要求1所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述弧形微帶天線還包括介質加載層，所述介質加載層覆蓋所述輻射貼片。
6.根據權利要求1?4任意一項所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述弧線為圓弧或橢圓弧。
7.根據權利要求5所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述弧形槽為與所述圓弧同心的圓弧形槽，或與所述橢圓弧同軸的橢圓弧形槽。
8.根據權利要求5所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述圓弧或橢圓弧的對邊為連接所述圓弧或橢圓弧兩個端點的直線。
9.根據權利要求7所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述直線為所述圓弧的直徑或橢圓弧的軸。
10.根據權利要求9所述的弧形微帶天線，其特徵在於，所述弧形微帶天線用於動物或人體的植入天線。
【文檔編號】H01Q1/38GK104319468SQ201410543595
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】李榮強 申請人:成都信息工程學院