一种植入式圆极化天线的制作方法

本发明涉及一种植入式圆极化天线，属于射频天线的技术领域。

背景技术：

当今通讯技术的飞速发展，大大提高了人们的生活质量。这也就意味着人们对天线的要求越来越高。近年来，植入天线的研究越来越受到人们的关注，大量的植入天线被应用到生物医学领域。植入式医疗设备在生物医学中起着重要作用,可以精确采集人体内部的生理数据,为医务人员在疾病预防、病情监测和实时治疗等方面提供帮助。天线可用于体内外医疗设备之间进行无线通信,它的设计需考虑在人体运动、复杂环境等条件下如何建立可靠的通信链接。

植入式圆极化天线可以避免传统线极化天线因对准角度变化而产生的极化失配,且能抑制背景多径散射造成的干扰。植入式圆极化天线主要的三个特性有以下几个方面：(1)植入式圆极化天线可接收任意极化的来波，且其辐射波也可由任意极化天线收到；(2)植入式圆极化天线具有旋向正交性；(3)极化波入射到对称目标时旋向逆转，不同旋向的电磁波具有较大数值的极化隔离。由于植入式圆极化天线具有以上特点，因此，被广泛使用在通信、雷达、电子侦察与电子干扰等各个方面。植入式圆极化天线的基本电参数是最大增益方向上的轴比，轴比不大于3db的带宽定义为天线的圆极化带宽。轴比决定天线的极化效率，同时表征天线极化纯度的交叉极化鉴别率也可由轴比得出。因此如何表现出好的轴比特性，也是植入式圆极化天线设计的难点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种植入式圆极化天线，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷或缺陷之一。

为实现上述目的，本发明提供了一种植入式圆极化天线，包括：相互平行设置的第一基板和第二基板、设置在第一基板和第二基板之间的圆形辐射贴片；辐射贴片上设置有高低阻抗线；优选的，高低阻抗线由两段粗细不同的微带线组成。

辐射贴片上开设有贯穿辐射贴片的第一开槽组、第二开槽组；所述第一开槽组包括两个关于辐射贴片的圆心对称的第一圆弧形开槽；第二开槽组包括两个关于辐射贴片的圆点点对称的不规则开槽，所述不规则开槽包括沿高低阻抗线外侧开设的第一开槽、连通第一开槽和第二圆弧形开槽的第二开槽，两个不规则开槽通过开设于高低阻抗线之间的矩形开槽相连通。

进一步的，植入式圆极化天线还包括用于为植入式圆极化天线馈电的馈电装置；

进一步的，馈电装置的馈电芯棒贯穿第二基板。

进一步的，植入式圆极化天线还包括贯穿第二基板的两个短路针；

优选的，两个短路针关于第二基板的中心轴对称。

优选的，辐射贴片的材质包括金属材料。

优选的，第二开槽中心线的延长线经过辐射贴片的圆心位置。

本发明提供了一种植入式圆极化天线，通过在天线两基板之间的辐射贴片上开设一组关于辐射贴片圆心对称的开槽、一组关于辐射贴片圆心点对称的不规则开槽，在被馈电装置的馈电芯棒贯穿的基板内部设置一组关于基板中心轴对称的短路针，实现了天线尺寸的小型化，增强了天线的阻抗带宽，使天线具有良好圆极化性能。

附图说明

图1是根据本发明实施例提供的一种植入式圆极化天线的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的一种植入式圆极化天线的侧视图；

图3是根据本发明实施例提供的另一种植入式圆极化天线的结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的一种植入式圆极化天线性能测试的测试装置示意图；

图5是根据本发明实施例提供的一种植入式圆极化天线性能的仿真结果示意图；

图6是根据本发明实施例提供的一种植入式圆极化天线性能的实测结果和仿真结果示意图；

图中：1、高低阻抗线；2、第一圆弧形开槽；3、第二圆弧形开槽；4、第二开槽；5、第一开槽；6、矩形开槽；7、辐射贴片；8、第一基板；9、第二基板；10、短路针；11、馈电装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，术语“右”“上端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构图和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本实施例提供一种植入式圆极化天线，参照图2，植入式圆极化天线包括第一基板8和第二基板9，第一基板8和第二基板9平行设置，第一基板8和第二基板9之间设置有辐射贴片7，辐射贴片7为金属材料，辐射贴片7为圆形，辐射贴片7贴在第二基板9上。

参照图1，辐射贴片7设置有高低阻抗线1，高低阻抗线排布于贴片内部，高低阻抗线1由两段粗细不同的微带线组成；高低阻抗线1有助于实现天线的小型化。

参照图1，辐射贴片7上开设有两组开槽组：第一开槽组和第二开槽组：

第一开槽组包括两个尺寸结构相同的圆弧形开槽2，两个圆弧形开槽关于圆形辐射贴片7的圆心对称，设置第一开槽组主要用于扩展阻抗带宽。

第二开槽组包括两个关于辐射贴片7的圆心对称的不规则开槽，两个不规则开槽的结构相同，不规则开槽由三部分组成：沿高低阻抗线1外侧开设的第一开槽5、连通第一开槽5和第二圆弧形开槽3的第二开槽4，两个不规则开槽通过开设于高低阻抗线1之间的矩形开槽6相连通；

第二圆弧形开槽3和第二开槽4提高了天线的宽轴比圆极化性能；设置第一开槽组主要拓展了天线的阻抗带宽，第二开槽组主要用于提高天线的圆极化性能。两组槽都有助于实现天线的小型化。

上述开槽贯穿辐射贴片7。

参照图2，植入式圆极化天线还包括馈电装置11，馈电装置11用于为天线馈电，馈电装置11的馈电芯棒贯穿第二基板9，第二基板9中安装有两个短路针10，两个短路针10贯穿第二基板9，两个短路针可以实现两个谐振频率相近的模式的分离；在一个例子中，两个短路针关于第二基板9的中心轴对称，对称设置两个短路针使天线的谐振最佳。

对本发明实施例提供的植入式圆极化天线的性能进行仿真模拟：将使用上述方案制备的植入式圆极化天线放入肌肉盒中，肌肉盒的尺寸为60mm×60mm×60mm，植入式圆极化天线嵌入肌肉盒的深度h＝3mm，测试装置参照图4；

植入式圆极化天线的的第一基板8和第二基板9的半径为5mm，两块基板的厚度为0.635mm，基板的材质为roger3010，基板的材质性能为εr＝10.2,tanδ＝0.0035，其中，εr为相对介电常数，tanδ为基板介质损耗角正切值，δ为基板材料的损耗角，辐射贴片的厚度为0.02mm，辐射贴片为金属材质；天线厚度为1.29mm；

参照图3，天线的辐射贴片上分布的第一开槽组和第二开槽组的尺寸参数如表1所示，其中，r2，r3分别表示辐射贴片圆心到第一圆弧形开槽2内侧的距离、辐射贴片圆心到第二圆弧形开槽3内侧的距离；w1,w2,w3分别为高低阻抗线1的细微带线安装部分的宽度、高低阻抗线1的粗微带线安装部分的宽度、高低阻抗线1的粗微带线安装部分的长度；s1,s2,s3分别表示矩形开槽6的槽宽、第一圆弧形开槽2的槽宽、第二开槽4的槽宽；θ1,θ2,θ3分别表示第一圆弧形开槽2的右侧封闭段的延长线与第二开槽4的最右侧封闭段的上端点与辐射贴片圆心连线的夹角、第一圆弧形开槽2的弧度、第二圆弧形开槽3的右侧封闭段的延长线与第二开槽4的最右侧封闭段延长线之间的夹角，θ5表示高低阻抗线1的中心线与第二开槽4远离第一圆弧形开槽2一侧的封闭线的延长线之间的夹角。

表1

在辐射贴片未设置开槽时，可以利用线性极化特性实现位于2.8ghz和13.38ghz的两个谐振，当辐射贴片开设一个如上述方案所述的不规则开槽时，天线谐振频率移到较低频带，说明天线的尺寸进一步小型化。

在辐射贴片开设第二开槽组后，天线的轴比性能得到显著的改善，参照图5，其中|s11|表示天线的反射系数，表征天线的谐振性能，ar表示天线的轴比，表征天线的圆极化性能，图5中线1表示辐射贴片只开设第二开槽组时天线的谐振性能，线2表示辐射贴片同时开设第一开槽组和第二开槽组时天线的谐振性能，线3表示辐射贴片只开设第二开槽组时天线的轴比，线4表示辐射贴片同时开设第一开槽组和第二开槽组时天线的轴比；当辐射贴片开设第二开槽组后，天线实现了150mhz的阻抗带宽(|s11|<-10db)。

参照图5，当同时在辐射贴片上开设第一开槽组和第二开槽组后，天线的阻抗带宽扩展到了200mhz，覆盖频率范围2.37ghz至2.57ghz(|s11|<-10db)，最佳谐振点对应的频率变小，说明进一步减小了天线的尺寸。在2.27ghz至2.75ghz的频率范围内天线的轴比带宽几乎保持不变，且轴比ar更低；根据上述测试结果，说明在辐射贴片上同时开设第一开槽组和第二开槽组，可以提高天线的圆极化性，并增强天线的阻抗带宽，实现了天线的小型化。参照本实施例制备的小型化天线可以植入人体内，用于使采集人体内部的生理数据的体内外医疗设备进行无线通信。

为了进一步分析在辐射贴片上开设第一开槽组和第二开槽组对天线性能的影响，我们使用参照本实施例方案制备的天线在肌肉组织中进行实际测量：在测量过程中，采用装有碎猪肉的塑料盒代替肌肉盒，并将制造好的天线嵌入其中。在空气环境中的肌肉盒外部，以2.45ghz谐振的双侧偶极子用作外部接收天线，以与天线建立无线连接。参照图6，天线获得了2.34ghz至2.65ghz的带宽，相对带宽达到12.4％，应当清楚的是，该频率段对应的是|s11|等于-10db的阻抗匹配带宽。如图5黑色区域所示，尽管有频移，但所需的2.45ghz的ism频段仍然可以很好地覆盖。

参照图6所示的结果，其中，|s12|为反向传输系数：在外部的偶极子旋转0deg、45deg、90deg的隔离度对应的三个平面的耦合强度之间出现最大差异为5db，工作频带和最强耦合达到-41db，由此，可以验证试用本发明制备的天线具备良好的圆极化性能。

参照图6所示的实际测试结果和仿真结果吻合良好：同时在辐射贴片上开设第一开槽组和第二开槽组，实现了天线的小型化，增强了天线的阻抗带宽，并且使天线具备良好的圆极化性能。

本发明实施例提供的一种植入式圆极化天线，通过在天线两基板之间的辐射贴片上开设一组关于辐射贴片圆心对称的开槽、一组关于辐射贴片圆心点对称的不规则开槽，在被馈电装置的馈电芯棒贯穿的基板内部设置一组关于基板中心轴对称的短路针，实现了天线尺寸的小型化，增强了天线的阻抗带宽，使天线具有良好圆极化性能；本发明实施例提供的植入式圆极化天线可植入肌肉组织中，在介电系数和电导率高的肌肉组织中具有良好的圆极化性能和良好的阻抗带宽，使采集人体内部的生理数据的体内外医疗设备进行无线通信，可以被广泛应用到生物医学领域。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。