專利名稱：雙頻雙極化印刷天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種印刷天線，特別涉及一種工作在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療頻段的 人體通信用佩戴式天線。
背景技術(shù)：
目前，人體通信的穿/佩帶式天線在國外已見諸報(bào)道，其結(jié)構(gòu)大致有兩類一 類是采用常規(guī)印刷天線形式制作的導(dǎo)電織物天線，這一類天線存在易彎折、易縮水、易 起皺等問題，對于制作材料和工藝的要求也較高；另一類是變形的常規(guī)硬質(zhì)天線，使天 線與衣物上的配件如紐扣、腰帶等共形，制成衣物的一部分，這種天線無法平面集成而 需要機(jī)械加工。另一方面，已見諸報(bào)道的穿/佩戴式天線或用于離體通信、或用于體表 通信，這種天線只能單頻段、單極化工作。
發(fā)明內(nèi)容實(shí)用新型目的本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種不 彎折、不縮水、不起皺，可以平面集成的雙頻段雙極化佩戴式印刷天線。技術(shù)方案本實(shí)用新型所述的雙頻雙極化印刷天線，包括介質(zhì)板、輻射單元、 饋電結(jié)構(gòu)和接地板，所述介質(zhì)板為圓盤形，分為上層介質(zhì)板和下層介質(zhì)板；所述輻射單 元印制于所述上層介質(zhì)板的上表面；所述饋電結(jié)構(gòu)印制于所述下層介質(zhì)板的上表面；所 述饋電結(jié)構(gòu)由位于所述介質(zhì)板中心的圓盤加載探針耦合饋電結(jié)構(gòu)和沿半徑方向的微帶線 耦合饋電結(jié)構(gòu)集成；所述接地板印制于所述下層介質(zhì)板的下表面。所述圓盤加載探針耦合饋電結(jié)構(gòu)由金屬圓盤和金屬探針構(gòu)成，所述金屬圓盤與 所述下層介質(zhì)板同心，所述金屬探針的一端與所述金屬圓盤相連，另一端貫穿所述下層 介質(zhì)板和所述接地板，外接同軸饋線。此饋線結(jié)構(gòu)為饋電結(jié)構(gòu)的端口 2;所述沿半徑方向的微帶線耦合饋電結(jié)構(gòu)為沿所述下層介質(zhì)板的半徑方向延伸的 金屬條帶，所述金屬條帶上蝕刻有帶阻濾波結(jié)構(gòu)，外接微帶饋線。此饋線結(jié)構(gòu)為饋電結(jié) 構(gòu)的端口 1。所述輻射單元為圓形金屬貼片，沿所述金屬貼片的半徑方向開有縫隙，所述 縫隙數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需要使用兩條或多條。所述的圓形金屬貼片的半徑可由公式R2 = 3.832c/(2 π fr2 ε r1/2)近似算得，其中c為光速，ε r為介質(zhì)板的相對介電常數(shù)，代表較 高的第二個(gè)諧振頻率，對應(yīng)了饋電端口 2。在確定圓形金屬貼片的半徑后，頻率較低的第 一個(gè)諧振頻率可由公式fri = 1.841c/(2 π R2 ε r1/2)近似算得，可優(yōu)化沿貼片徑向的縫隙數(shù) 量、長度和夾角，進(jìn)而調(diào)節(jié)諧振頻率和展寬端口 1的阻抗頻帶寬度以滿足所應(yīng)用頻段 的要求。所述微帶饋線上的帶阻濾波結(jié)構(gòu)由1/4波長高阻抗線構(gòu)成，阻止G頻段的信號(hào) 進(jìn)入端口 1。所述探針頂端連接的同心圓盤半徑的選擇應(yīng)使端口 2的輸入阻抗之虛部接近 于0。有益效果本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為(1)本實(shí)用新型產(chǎn)品易于佩戴使用，可以與其他便攜式設(shè)備集成，不存在彎折、縮水、起皺等問題；(2)本 實(shí)用新型產(chǎn)品將兩種單頻段、單極化的通信天線互不干擾地集成為一體，具有雙頻、雙 極化功能；采用微帶印刷技術(shù)，利于批量生產(chǎn)，降低成本；(3)本實(shí)用新型產(chǎn)品可同時(shí) 適用于人體通信中的體表和離體通信鏈路，端口 1饋電時(shí)，天線諧振于頻率較低的fri，在 圓形貼片上激起TM11模，電磁波極化平行于天線表面且最大輻射方向背離天線表面，適 合較低頻段的離體通信、且通信距離較遠(yuǎn)；端口 2饋電時(shí)，天線諧振于頻率較高的(2， 圓形貼片上激起TMtll模，電磁波極化垂直于天線表面而最大輻射方向平行于天線表面， 適用于較高頻段的體表通信、且通信距離較近；(4)本實(shí)用新型通過在微帶饋線上刻蝕 高阻抗結(jié)構(gòu)有效地提高了兩饋電端口的隔離度，有助于提高通信系統(tǒng)的性能；(5)本實(shí) 用新型對探針饋電實(shí)施圓盤加載，通過調(diào)節(jié)加載圓盤的半徑為天線端口阻抗匹配引入了 新的設(shè)計(jì)自由度；(6)本實(shí)用新型產(chǎn)品具有較好的功能擴(kuò)展性，通過適當(dāng)選擇徑向縫隙 的長度、數(shù)量及相對位置還可實(shí)現(xiàn)多頻帶、寬頻帶、圓極化，多極化等功能；(7)本實(shí) 用新型產(chǎn)品具有較好的通用性，可應(yīng)用于無線局域網(wǎng)，無線家庭網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系 統(tǒng)、汽車通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是天線在2.40GHz和5.80GHz頻段的回波損失和隔離度頻響仿真曲線；圖3是在頻率為2.40GHz時(shí)，天線在自由空間和人體附近的實(shí)測輻射方向性 圖；圖4是在頻率為5.80GHz時(shí)，天線在自由空間和人體附近的實(shí)測輻射方向性 圖；圖5是在2.40GHz頻段，天線在自由空間和人體附近的實(shí)測增益頻響曲線；圖6是在5.80GHz頻段，天線在自由空間和人體附近的實(shí)測增益頻響曲線。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對最佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局 限于所述實(shí)施例。實(shí)施例同時(shí)工作于2.40GHz和5.80GHz頻段的人體通信用雙頻雙極化印刷天 線。如圖1所示，其輻射單元2和饋電結(jié)構(gòu)3分別印刷在兩層等厚度的聚四氟乙烯圓形 介質(zhì)板1上，該介質(zhì)片的半徑為R1,厚度為h=1.6mm，相對介電常數(shù)％ = 4.4，損耗正 切值tano =0.02;輻射單元2為圓形貼片；該天線的饋電結(jié)構(gòu)3采用兩端口饋電，其中 端口 1為沿半徑方向的微帶線耦合饋電結(jié)構(gòu)32，用于激勵(lì)圓形貼片的TM11模，使其工作 于2.40GHz頻段，端口 2為圓盤加載的探針耦合饋電結(jié)構(gòu)31，用于激勵(lì)圓形貼片的TMtll 模，使其工作于5.80GHz頻段；圓形金屬接地板4印制于下層介質(zhì)板12的下表面；所述 圓盤加載探針耦合饋電結(jié)構(gòu)31由金屬圓盤和金屬探針構(gòu)成，所述金屬圓盤與下層介質(zhì)板 12同心，所述金屬探針的一端與所述金屬圓盤相連，另一端貫穿下層介質(zhì)板12和接地板 4，外接同軸饋線；所述沿半徑方向的微帶線耦合饋電結(jié)構(gòu)32為沿下層介質(zhì)板12的半徑 方向延伸的金屬條帶，所述金屬條帶上蝕刻有帶阻濾波結(jié)構(gòu)，外接微帶饋線；所述帶阻濾波結(jié)構(gòu)由對應(yīng)于5.80GHz頻段的1/4波長高阻抗線構(gòu)成；圓形貼片的半徑可由高頻段TMtll模的諧振頻率= 5.80GHz確定，利用公式艮 =3.832c/(2 π ε r1/2)近似算得R2 = 15.1mm,但其對應(yīng)的低頻段TM11模的諧振頻率 =1.841c/(2 π R2 ε r1/2) = 2.79GHz，需要在圓形貼片上適當(dāng)割縫以延長電流路徑使諧振頻 率降低至2.40GHz，為此沿半徑方向割有與χ軸對稱的兩條窄縫，分別與χ軸呈士 β夾 角、長度為I1, 12。不等長度兩條徑向窄縫不影響TMtll模沿徑向分布的電流線，對TM11 模還有參差調(diào)諧的效果，可有效展寬2.40GHz的阻抗匹配頻帶，以補(bǔ)償將天線佩戴于人 體時(shí)引起的阻抗帶寬褪化。如圖1所示，金屬條帶的長度為13，寬度為Wl、構(gòu)成帶阻濾波結(jié)構(gòu)的高阻抗線 寬為w2，加載圓盤的半徑為R3。利用Ansoft公司的電磁仿真軟件HFSS-11.0進(jìn)行了仿 真分析，優(yōu)選出符合要求的天線幾何尺寸R1 = 28mm，R2 = 13.2mm，R3 = 3mm ； I1 =12.8mm, I2 = 11mm, β = 28° ； I3 = 20.6mm, I4 = 5.8mm ； W1 = 1.5mm, w2 = 0.2mm，W3 = 0.15mm。端口 1和端口 2外接饋線的特性阻抗都為50 Ω。 圖2、圖3、 圖4、圖5、圖6分別給出了該實(shí)例天線的仿真或測試結(jié)果。熟知本領(lǐng)域的人士將理解，雖然這里為了便于解釋已描述了具體實(shí)施例，但是 可在不背離本實(shí)用新型精神和范圍的情況下做出各種改變。因此，除了所附權(quán)利要求之 外，不能用于限制本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種雙頻雙極化印刷天線，包括介質(zhì)板(1)、輻射單元(2)、饋電結(jié)構(gòu)(3)和接 地板(4)，其特征在于所述介質(zhì)板(1)為圓盤形，分為上層介質(zhì)板(11)和下層介質(zhì)板 (12)；所述輻射單元(2)印制于所述上層介質(zhì)板(11)的上表面；所述饋電結(jié)構(gòu)(3)印制 于所述下層介質(zhì)板(12)的上表面；所述饋電結(jié)構(gòu)(3)由位于所述介質(zhì)板(1)中心的圓盤 加載探針耦合饋電結(jié)構(gòu)(31)和沿半徑方向的微帶線耦合饋電結(jié)構(gòu)(32)集成；所述接地板 (4)印制于所述下層介質(zhì)板(12)的下表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻雙極化印刷天線，其特征在于所述圓盤加載探針耦 合饋電結(jié)構(gòu)(31)由金屬圓盤和金屬探針構(gòu)成，所述金屬圓盤與所述下層介質(zhì)板(12)同 心，所述金屬探針的一端與所述金屬圓盤相連，另一端貫穿所述下層介質(zhì)板(12)和所述 接地板(4)，外接同軸饋線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻雙極化印刷天線，其特征在于所述沿半徑方向的微 帶線耦合饋電結(jié)構(gòu)(32)為沿所述下層介質(zhì)板(12)的半徑方向延伸的金屬條帶，所述金屬 條帶上蝕刻有帶阻濾波結(jié)構(gòu)，外接微帶饋線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙頻雙極化印刷天線，其特征在于所述帶阻濾波結(jié)構(gòu)由 1/4波長高阻抗線構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙頻雙極化印刷天線，其特征在于所述輻射單元(2)為圓 形金屬貼片，沿所述金屬貼片的半徑方向開有縫隙(21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙頻雙極化印刷天線，其特征在于所述縫隙(21)為兩條。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種雙頻雙極化印刷天線，包括介質(zhì)板、輻射單元、饋電結(jié)構(gòu)和接地板，所述介質(zhì)板為圓盤形，分為上層介質(zhì)板和下層介質(zhì)板；所述輻射單元印制于所述上層介質(zhì)板的上表面；所述饋電結(jié)構(gòu)印制于所述下層介質(zhì)板的上表面；所述饋電結(jié)構(gòu)由位于所述介質(zhì)板中心的圓盤加載探針耦合饋電結(jié)構(gòu)和沿半徑方向的微帶線耦合饋電結(jié)構(gòu)集成；所述接地板印制于所述下層介質(zhì)板的下表面。本實(shí)用新型產(chǎn)品易于佩戴使用，可以與其他便攜式設(shè)備集成，不存在彎折、縮水、起皺等問題。
文檔編號(hào)H01Q1/14GK201797036SQ201020179808
公開日2011年4月13日 申請日期2010年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月5日
發(fā)明者章文勛, 馬達(dá) 申請人:東南大學(xué)