一种工作于ism频段的低剖面全向圆极化天线的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线，包括上介质基板、下介质基板、金属辐射单元、顶端方形加载贴片、垂直单极子及地板，所述金属辐射单元位于下介质基板的上表面，所述地板位于下介质基板的下表面，所述顶端方形加载贴片位于上介质基板的上表面，所述垂直单极子的两端分别与顶端方形加载贴片及地板连接，所述垂直单极子分别与上、下介质基板垂直。本发明能有效增加反射系数带宽。
【专利说明】
一种工作于I SM频段的低剖面全向圆极化天线
技术领域
[0001]本发明涉及生物医学遥测领域，具体涉及一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线。
【背景技术】
[0002]随着远程无线医疗的快速发展，植入式医疗装置正得到大规模研究和应用。生物感应器将探测到的生理数据通过植入天线发送到体外基站天线，医生根据接收数据进行疾病的诊断和制定治疗方案。然而，若接发收天线采用线极化，测量期间人体的移动易产生极化失配，同时为抑制多径干扰和减小误码率，植入式天线多采用圆极化天线。考虑到天线要在复杂的移动人体中进行无线通信，天线的辐射方向易发生改变，因而接收天线需设计成全向性天线。之前研究主要集中在植入式天线设计，相反地，相应合适的体外全向圆极化接收天线研究研究较少。
[0003]经联邦通信委员会(FederalCommunicat1ns Commiss1n，FCC)批准，植入式医疗装置通信可利用2.4-2.5GHz的工业、科研、医疗(Industrial Scientific Medical，ISM)频段。从之前的工作来看，全向圆极化天线的性能主要考察方位角平面全向性辐射特性，具体包括天线反射系数带宽，轴比带宽，方位角平面的辐射方向图及交叉极化比等。
【发明内容】
[0004]为了克服现有生物医学体外基站天线技术存在的不足，本发明提供一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线。
[0005]本发明采用如下技术方案:
[0006]—种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线，包括上介质基板、下介质基板、金属福射单元、顶端方形加载贴片、垂直单极子及地板，所述金属福射单元位于下介质基板的上表面，所述地板位于下介质基板的下表面，所述顶端方形加载贴片位于上介质基板的上表面，所述垂直单极子垂直穿过上、下介质基板分别与顶端方形加载贴片及地板连接。
[0007]所述金属辐射单元由相互正交垂直的四个折臂及中心方形贴片构成，所述中心方形贴片位于下介质基板的上表面，其中心与下介质基板的中心重合，所述折臂由两条正交微带线构成。
[0008]所述两条正交微带线中靠近下介质基板中心的一条与中心方形贴片垂直连接，另一条与其相近的下介质基板的边缘平行。
[0009]所述地板开有四条槽，所述四条槽的起点分别为地板四条边的中点，且垂直于相对应的边。
[0010]所述四条折臂中靠近下介质基板中心的微带线长度为24_，其远离下介质基板中心的微带线为26.5mm。
[00111 所述中心方形贴片边长为6mm。
[0012]所述垂直单极子的两端与上、下介质基板的中心重合。
[0013]本发明的有益效果:
[0014]本发明顶端加载能缩小天线的剖面，垂直单极子产生全向垂直线极化，两对偶极子产生全向水平线极化，二者合在一起在方位角平面产生全向圆极化，地板开槽能使得天线反射系数带宽增加。
【附图说明】
[0015]图1(a)?图1(d)分别是本发明一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线的俯视图、金属辐射单元结构示意图、地板结构示意图和侧视图。
[0016]图2是本发明一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线反射系数图。
[0017]图3是本发明一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线轴比图。
[0018]图4(a)及图4(b)是本发明一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线工作在2.45GHz频点时XOZ和YOZ平面的辐射方向图。
[0019]图5是本发明一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线工作在2.45GHz频点时方位角平面左旋和右旋圆极化的辐射方向图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0021 ]实施例
[0022]图1(a)?图1(d)所示，一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线，包括上介质基板1A、下介质基板1B、金属辐射单元2、顶端方形加载贴片3、垂直单极子4及地板5，所述金属辐射单元2位于下介质基板IB的上表面，所述地板5为与下介质基板IB的下表面，所述顶端方形加载贴片3位于上介质基板IA的上表面，其中心与上介质基板的中心重合。所述垂直单极子4的两端分别与方形加载贴片及地板连接，所述垂直单极子4分别与上、下介质基板垂直并与上、下介质基板的中心重合。
[0023]所述金属辐射单元由相互正交垂直的四个折臂微带线(6A-6D)及中心方形贴片构成，所述中心方形贴片位于下介质基板的上表面，其中心与下介质基板的中心重合，所述四个折臂均是由两条正交微带线构成，所述折臂中靠近下介质基板中心的一条与中心方形贴片连接，另一条与其相近的下介质基板边缘平行。
[0024]构成折臂的两条微带线相互垂直，相邻的折臂相互正交，相对的两个折臂关于天线中心对称，所述四个折臂分别与中心方形贴片的四边垂直连接，四个折臂与其相近的下介质基板边缘依次平行。
[0025]本实施例中，按照四个折臂的字母编号顺序，远离下介质基板中心的微带线分别与其相近的下介质基板边缘平行，具体微带线朝向为向上、向左、向下及向右。
[0026]所述两条正交微带线靠近天线中心的一条长度LI= 24mm，所述微带线沿下介质基板IB边缘的另一条长度L2 = 26.5mm，所述两条微带线宽度都Wl = 2mm，所述中心方形贴片边长 LP = 6mm ο
[0027]所述顶端方形加载贴片的中心与上介质基板的中心重合，边长M3= 18mm。
[0028]所述单极子通过顶端方形贴片的加载，使得天线剖面大大减小，高度小于工作频段波长十分之一。
[0029]所述垂直单极子4的两端与上下介质基板垂直且中心重合，其半径R=1mm，高度H2=0.8128mm。
[0030]所述上介质基板IA是正方形，边长Ml = 25mm，所述下介质基板IB边长M2 = 56mm，上下介质基板厚度Hl=0.8128mm。
[0031]垂直单极子辐射方向上产生垂直极化，而所述金属辐射单元在方位角平面产生水平极化，通过优化，可在方位角平面产生较好全向圆极化。
[0032]所述地板5中心与下介质基板IB重合且二者边缘平行，形状是正方形，所述正方形，边长M4 = 42mm，所述地板5开有四条槽，所述四条槽分别垂直相应的地板四周边缘，长度L3 = 14.5mm，宽度 W2 = 2.5mm。
[0033]所述地板作为垂直单极子的地板，同时作为两对相互正交偶极子的地板，在地板四周开槽，目的是增大天线工作带宽。
[0034]如图2所示，所述天线工作时反射系数小于-1OdB的频率范围是2.395-2.505GHz(1101取)，覆盖15]?频带(2.4-2.486取)。
[0035]如图3所示，所述天线工作时轴比小于3dB的频率范围是2.395-2.505GHz(I 1MHz)，覆盖2.45GHz-1SM频带。
[0036]如图4(a)及图4(b)所示，天线工作在2.45GHz时XOZ和YOZ平面的辐射方向图。在方位角XOZ平面，天线在各角度上增益大小较接近，全向性性能较好，最大增益1.5dBi。
[0037]如图5所示，天线在方位角平面左旋圆极化在各方位增益小于-16.5dBi，右旋圆极化大于1.5dBi，天线具有较好的交叉极化比。
[0038]该天线采用垂直单极子产生垂直极化，通过顶端加载，天线剖面大大降低，顶端加载单极子产生全向垂直线极化，两对偶极子产生全向水平线极化，通过调节可使得二者幅度相等，相位相差90°，因而产生圆极化。通过地板开槽，可使得天线反射系数带宽增加，覆盖工作的2.45GHZ-1SM频段。
[0039]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种工作于ISM频段的低剖面全向圆极化天线，其特征在于，包括上介质基板、下介质基板、金属福射单元、顶端方形加载贴片、垂直单极子及地板，所述金属福射单元位于下介质基板的上表面，所述地板位于下介质基板的下表面，所述顶端方形加载贴片位于上介质基板的上表面，所述垂直单极子垂直穿过上、下介质基板分别与顶端方形加载贴片及地板连接。2.根据权利要求1所述的低剖面全向圆极化天线，其特征在于，所述金属辐射单元由相互正交垂直的四个折臂及中心方形贴片构成，所述中心方形贴片位于下介质基板的上表面，其中心与下介质基板的中心重合，所述折臂由两条正交微带线构成。3.根据权利要求2所述的低剖面全向圆极化天线，其特征在于，所述两条正交微带线中靠近下介质基板中心的一条与中心方形贴片垂直连接，另一条与其相近的下介质基板的边缘平行。4.根据权利要求1所述的低剖面全向圆极化天线，其特征在于，所述地板开有四条槽，所述四条槽的起点分别为地板四条边的中点，且垂直于相对应的边。5.根据权利要求2所述的低剖面全向圆极化天线，其特征在于，所述四条折臂中靠近下介质基板中心的微带线长度为24mm，其远离下介质基板中心的微带线为26.5mm。6.根据权利要求2所述的低剖面全向圆极化天线，其特征在于，所述中心方形贴片边长为6mm ο7.根据权利要求1所述的低剖面全向圆极化天线，其特征在于，所述垂直单极子的两端与上、下介质基板的中心重合。
【文档编号】H01Q21/24GK105870606SQ201610319738
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】刘雄英, 李兵
【申请人】华南理工大学