本實(shí)用新型涉及電小環(huán)天線的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種微型無線傳感器內(nèi)電小環(huán)天線。

背景技術(shù)：

近年來，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出，涌現(xiàn)了大量的微型傳感器、穿戴式設(shè)備及智能硬件等。與傳統(tǒng)天線的應(yīng)用場(chǎng)合相比，微型傳感器對(duì)天線小型化要求更高，一方面，由于傳感器體積小且內(nèi)置電池容量有限，使用較低的ISM頻段300 MHz～3 GHz可以減小通信傳播損耗，但這個(gè)頻段波長(zhǎng)在0.1～1米，一般是傳感器尺寸的50～100倍；另一方面，由于天線凈空間的減小，內(nèi)置在傳感器封裝內(nèi)的天線已屬于電小天線范疇，Harold A. Wheeler將電小天線定義為電感、電容或二者組合的諧振回路，在諧振時(shí)回路僅有少量能量輻射出去，因此電小天線品質(zhì)因素受尺寸約束，一般較大。電小天線高Q值特性使設(shè)計(jì)能夠內(nèi)置在傳感器內(nèi)部的天線更具有挑戰(zhàn)，因此將天線集成到智能設(shè)備中使其小型化成為工業(yè)界的現(xiàn)實(shí)需求。

傳統(tǒng)天線設(shè)計(jì)需要天線尺寸與波長(zhǎng)可比擬（1/4, 1/8波長(zhǎng)），通過使用一些常見的手段可以有效減少天線尺寸，現(xiàn)有的文獻(xiàn)中， 1994年McLean J S在IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility發(fā)表題為“The Radiative Properties of Electrically-small Antennas”的文章，在該文章中電小天線品質(zhì)因素受尺寸約束，一般較大。

目前實(shí)現(xiàn)電小天線的方法主要有：2011年C. Occhiuzzi, C. Paggi, and G. Marrocco在IEEE Transactions on Antennas and Propagations發(fā)表題為“Passive RFID strain-sensor based on meander-line antennas”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的尺寸與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2011年Q. Luo, J. R. Pereira, H. M在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters發(fā)表題為“Salgado. Compact printed monopole antenna with chip inductor for WLAN”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的加載。 2005年R.W. Ziolkowski and A. D.Kipple在Physical Review發(fā)表題為“Reciprocity between the effects of resonant scattering and enhanced radiated power by electrically small antennas in the presence of nested metamaterial shells”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的新型材料。2006年R.W. Ziolkowski and A. D.Kipple在IEEE Transactions on Antennas and Propagation發(fā)表題為“Erentok. Metamaterial-based efficient electrically small antennas”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的新型材料。

對(duì)于陶瓷基材天線，2012年R.W. Ziolkowski and A. D.Kipple在IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters發(fā)表題為“Antenna design of 60-Ghz micro-radar system in-package for noncontact vital sign detection”的文章，在該文章中提出了陶瓷基材天線一般適用于高頻，低頻內(nèi)設(shè)計(jì)較困難。

針對(duì)434 MHz天線的小型化，2013年Wendong Liu在Electrical Design of Advanced Packaging and Systems Symposium發(fā)表題為“A novel miniaturized antenna for ISM 433MHz wireless system”的文章，在該文章中提出了利用加載大面積的垂直接地板的434 MHz天線，尺寸大小為75×51 mm，尺寸較大，不能工作在傳感器封裝內(nèi)。2013年Albert Sabban在IEEE International Conference on Microwaves, Communications, Antennas and Electronics Systems發(fā)表題為“Compact Tunable Printed Antennas for Medical and Commercial Applications”的文章，在該文章中提出了通過開槽的偶極子加載天線，天線增益最高可達(dá)到2 dBi，通過尺寸優(yōu)化天線最小尺寸可達(dá)5×5×0.05 cm，可以用于傳感器封裝外，仍然不能加載到傳感器封裝中使用。

2014年倪楊，葉明，王曉靜在電子測(cè)量技術(shù)發(fā)表題為“應(yīng)用于ISM頻段的小型雙頻微帶天線”的文章，在該文章中研究了雙頻ISM天線，盡管天線可以覆蓋ISM 433.05~434.79 MHz，2.4~2.5 GHz兩個(gè)頻段，但是天線在434 MHz天線增益較低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)文中沒有給出效率測(cè)試使天線在實(shí)際工程使用中受限。

本文主要采用集總加載與天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式來減小天線尺寸，在饋電端加載集總電感，在接地端加載集總電容，調(diào)節(jié)電容電感值大小使天線在434MHz獲得的良好匹配，同時(shí)通過對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高輻射電阻，提高天線輻射效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種微型無線傳感器內(nèi)電小環(huán)天線，本文在電小環(huán)天線以及微帶天線的理論基礎(chǔ)上（約翰·克勞斯. 天線. 電子工業(yè)出版社，2013，第156-172頁），設(shè)計(jì)了一個(gè)矩形環(huán)天線，該微型無線傳感器內(nèi)電小環(huán)天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易，采用集總加載與天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式來減小天線尺寸，在饋電端加載集總電感，在接地端加載集總電容，調(diào)節(jié)電容電感值大小使天線在434MHz獲得的良好匹配，同時(shí)通過對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高輻射電阻，提高天線輻射效率。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種用于無線智能的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：所述電小環(huán)天線系統(tǒng)包括：基板，饋電端，接地端，所述基板為FR4介質(zhì)基板。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：所述饋電端加載集總電感。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：電容與電感均采用0603的封裝形式。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：所述FR4介質(zhì)基板，其相對(duì)介電常數(shù)為，耗正切值，厚度為0.5 mm。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：枝節(jié)底部與寬度1 mm 的長(zhǎng)方體FR4介質(zhì)基板相連，基板相鄰兩面敷銅。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：基板相鄰兩面敷銅。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：模型饋電處用50同軸線饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體與饋電點(diǎn)相連，外導(dǎo)體接到底端敷銅板上。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：電容值為4 pF ± 0.25 pF，電感值20±3 nH，電容值誤差控制在4 pF ± 0.15 pF范圍之內(nèi)，電感值誤差控制在20 ± 2 nH范圍之內(nèi)。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：尺寸為0.02×0.001×0.02。

所述的電小環(huán)天線系統(tǒng)，其特征在于：-10 dB測(cè)試帶寬大于1%，輻射效率不低于20%，輻射方向圖近乎全向。

天線測(cè)試系統(tǒng)為ETS 8500 Pro。

本實(shí)用新型在環(huán)天線、微帶天線的基礎(chǔ)上，結(jié)合小型化技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款集總加載電小環(huán)天線。利用集總加載方式并對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，天線最終在僅有尺寸0.02×0.001×0.02的情況下實(shí)現(xiàn)-10 dB測(cè)試帶寬大于1%，輻射效率不低于20%，輻射方向圖近乎全向。本實(shí)用新型的電小環(huán)天線具有良好的調(diào)諧性，更小的尺寸以及較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使天線可以有效封裝在傳感器、可穿戴設(shè)備、以及無線智能硬件中，具有很好的適用性。

附圖說明

圖1示出了本實(shí)用新型的天線結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過集總加載技術(shù)，在接地端加載了集總電容用于調(diào)節(jié)天線諧振頻率，在饋電端口加載集總電感調(diào)節(jié)阻抗匹配，電容與電感均采用0603的封裝形式，最后對(duì)天線輻射單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在天線的另一端進(jìn)行同樣進(jìn)行“接地”處理，從而有效增長(zhǎng)電流路徑，進(jìn)而達(dá)到小型化的目的。

表1 天線各部分尺寸：（mm）

天線各部分尺寸大小如表1所示。天線上半部分為主要輻射枝節(jié)，選用的是單面的FR4介質(zhì)基板，其相對(duì)介電常數(shù)為，損耗正切值，厚度為0.5 mm。枝節(jié)底部與寬度1 mm 的長(zhǎng)方體FR4介質(zhì)基板相連，基板相鄰兩面敷銅（y面和z面），結(jié)構(gòu)饋電處用50同軸線饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體與饋電點(diǎn)相連，外導(dǎo)體接到底端敷銅板上。這樣天線就構(gòu)成了一個(gè)完整的閉環(huán)。

設(shè)計(jì)的電小環(huán)天線阻抗特性顯示出容性特性，表現(xiàn)在電容值變化會(huì)導(dǎo)致天線的諧振頻率變化，具體是，電容值增大，諧振頻率較小，電容值減小，諧振頻率增大，同時(shí)也可以看出只需要將電容值誤差控制在4 pF ± 0.15 pF范圍之內(nèi)，天線可以在目標(biāo)頻段工作。與電容影響不同，電感值的微小改變并不會(huì)改變天線的諧振頻率，將電感值誤差控制在20 ± 2 nH，天線的回波損耗則滿足設(shè)計(jì)要求，且在實(shí)際工程中最終選取的電容值為4 pF ± 0.25 pF，電感值20±3 nH，并對(duì)天線加工樣品。

天線測(cè)試系統(tǒng)為ETS 8500 Pro。

實(shí)測(cè)的回波損耗與仿真相比略有偏移，-10 dB帶寬從432-436 MHz，測(cè)試帶寬1%左右，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的天線具有較好的阻抗匹配特性。

天線輻射效率大于20%。

天線表面電流形成完整閉環(huán)回路，天線的輻射方向圖與環(huán)天線近似。電流分布同時(shí)表明，接地端電流較大，良好的接地性能可以顯著提高天線的電流均勻分布，形成良好輻射。

天線輻射方向近乎全向。

上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。