一种穿戴于腕部的TE模式共形介质谐振器天线的制作方法

文档序号:17917917发布日期:2019-06-14 23:54
一种穿戴于腕部的TE模式共形介质谐振器天线的制作方法

本发明涉及共形可穿戴天线技术领域,特别涉及一种穿戴于腕部的TE模式共形介质谐振器天线。



背景技术:

当前市场上出现了大量可穿戴智能硬件设备,比如手环,智能手表等,除了具备传统的手表,指南针等功能,还具有通话,短距离信息交互,定位导航等功能。人们对这类可穿戴无线通信设备的要求也越来越高,为了满足便携性的要求,促使无线通信设备要朝着共形化方向发展。

目前为止,行业内的共形天线大多基于微带天线,但是,介质谐振器天线并未实际应用于可穿戴共形设备中,而介质谐振器天线相比于微带天线,拥有宽带宽、高极化纯度、高设计自由度、多辐射模式等诸多优点,可以进一步满足共形系统对天线的要求。



技术实现要素:

本发明针对现有技术的缺陷,提供了一种穿戴于腕部的TE模式共形介质谐振器天线及其工作方法,能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的,本发明采取的技术方案如下:

一种穿戴于腕部的TE模式共形介质谐振器天线,包括:介质谐振器1、地板2、介质基板3、馈缝4和馈线5;

所述地板2与介质谐振器1共形,介质谐振器1固定于地板2中间,地板2材料为铜箔;

所述介质基板3为闭合环状结构,用于腕部穿戴,介质基板3内、外表面分别贴合馈线5和覆盖地板2;在地板2中心蚀刻出馈缝4;

所述天线由馈线5馈电,馈线5为L形,馈线5转角处外侧切角,被切形状为直角三角形,然后电磁波能量通过地板2上的馈缝4耦合传导至上表面的介质谐振器1。

进一步地,介质谐振器1采用氧化铝陶瓷材料制成,相对介电常数12.3,其内径为47.4mm,厚度为10.6mm,弧度为60度,宽度为30mm。

进一步地,介质基板3采用陶瓷材料,介质基板3的相对介电常数是5.8,厚度为2mm,介质基板3的为闭合环形,内径45.4mm,宽度60mm。

进一步地,地板2宽度和环形介质基板3保持一致为60mm,弧度为80度。

进一步地,馈线5为铜微带线,馈线5宽度为3.1mm,与馈缝4平行的馈线5部分长31.7mm,垂直于馈缝4部分的馈线5长26.4mm,馈线5超过馈缝4中心距离为14.55mm,馈缝4宽度3mm,长度18.3mm。

与现有技术相比本发明的优点在于:

1.介质基板为环形结构,尺寸满足腕部佩戴要求,适用于可穿戴设备。

2.地板、介质谐振器都与介质基板共形,可应用于弯曲表面,共形结构使得在不增加额外的剖面尺寸的情况下,可以通过调节地板尺寸实现宽波束/低背瓣/高增益等性能要求,灵活性较高。

3.该天线基于介质谐振器天线设计,总体结构简洁,地板,介质基板和介质谐振器都参与辐射,相比于传统的微带天线,拥有更宽的带宽。

附图说明

图1是本发明实施例天线的全局视图;

图2是本发明实施例天线的俯视图;

图3是本发明实施例天线馈电部分的俯视图;

图4是本发明实施例天线的侧视图;

图5是本发明实施例天线分别在不同地板弧度尺寸下取得低背瓣、宽波束和高增益性能时的端口反射系数曲线图;

图6是本发明实施例天线在不同地板弧度尺寸下取得低背瓣、宽波束和高增益性能时,在谐振频点的E面(弧度向)方向图;

图7是本发明实施例天线在不同地板弧度尺寸下取得低背瓣、宽波束和高增益性能时,在谐振频点的H面(宽度向)方向图;

图8是本发明实施例天线在谐振频点(2.45GHz)的E面/H面方向图仿真结果;

图9是本发明实施例天线在谐振频点(2.45GHz)时,介质谐振器内电场分布侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图并列举实施例,对本发明做进一步详细说明。

如图1至4所示,一种穿戴于腕部的TE模式共形介质谐振器天线,包括:介质谐振器1、地板2、介质基板3、馈缝4和馈线5;

所述地板2与介质谐振器1共形,介质谐振器1用环氧树脂胶水固定于地板2中间,地板2材料为铜箔;

所述介质基板3为闭合环状结构,介质基板3内、外表面分别贴合馈线5和覆盖地板2;在地板2中心蚀刻出馈缝4,所述馈缝4设置于地板2中心。

所述天线由馈线5馈电,馈线5为L形,馈线5转角处外侧切角,被切形状为直角三角形,然后电磁波能量通过地板2上的馈缝4耦合传导至上表面的介质谐振器1。

介质谐振器1采用氧化铝陶瓷材料制成,相对介电常数12.3,其内径a为47.4mm,厚度h为10.6mm,弧度为2β=60度,宽度为2d=30mm。

介质基板3采用陶瓷材料,介质基板3的相对介电常数是5.8,厚度为2mm,介质基板3的为闭合环形,内径45.4mm,宽度60mm。

地板宽度和环形介质基板3保持一致为60mm,地板关于XOZ面对称,弧度为Phig=120度。

馈线5为铜微带线,馈线5宽度w为3.1mm,与馈缝4平行的馈线5部分长l=31.7mm,垂直于馈缝4部分的馈线5长s=26.4mm,馈线5超过馈缝4中心距离n为14.55mm,馈缝4宽度为3mm,长度为18.3mm,从而使该天线与馈电结构良好匹配,使其工作于TE模式。

该天线基于介质谐振器天线设计,相比于传统的微带天线,拥有更宽的带宽。得益于其环形结构,天线可应用于手腕等各种穿戴场景。

图6和图7分别是本发明实例天线在底板尺寸不同时,谐振频点的E面(宽度向)和H面(弧度向)方向图。可以看见,该天线在Phig=350度时半功率波瓣宽度为257度,同样可通过调整地板尺寸,来满足高增益或者低背瓣的要求。

图8是本发明实例天线在谐振频点的E面/H面方向图,可以看见该天线具有较好的线极化性能,交叉极化电平较低。

图9是本发明实例天线在谐振频点(2.45GHz)时,介质谐振器内电场分布图,可以看到天线工作于TEX11δ模式。

本发明实例通过将介质谐振器粘合在闭合环状的介质基板上,环状介质基板采用适合腕部穿戴尺寸;地板与介质基板共形,使得不额外增加天线剖面的情况下,地板尺寸仍具有很大的调整空间,从而获得高增益或宽波束等要求。

以上所述本发明较佳实施例意在进一步说明本发明,而非对其进行限定,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员根据上述文字和附图所公开的内容做出若干改进,以及根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。本发明专利保护范围应以所附权利要求为准。

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