一种非对称结构穿戴式宽带天线制造技术

本发明专利技术公开了一种非对称结构穿戴式宽带天线，属于微波技术领域。本发明专利技术是在介电常数为2-20范围内的介质基板上分别设计结构不同、非对称布置的顶层辐射单元与底层辐射单元，顶层辐射单元由圆形振子和矩形馈线单元组成、底层辐射单元则是矩形振子；通过一可穿戴结构将顶层圆形振子辐射单元和底层矩形振子辐射单元连通起来，形成一对对称环从而组合成完整的天线单元。本发明专利技术采用同轴线贴敷式馈电；通过调节顶层圆形振子半径、顶层矩形馈线高度、环路高度和环路长度可以得到宽带、单向性良好的天线，可用于穿戴式无线通信系统中，并具有结构新颖、体积小巧、制作成本低廉等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种非对称结构穿戴式宽带天线
本专利技术涉及一种非对称结构穿戴式宽带天线，属于微波

技术介绍
宽带无线通信技术以其传输速率高、抗干扰性能强、带宽宽、发送功率小、成本低廉等优势，主要应用于下一代移动通信、室内通信、家庭网络等领域。一般意义上认为具有超过25%相对带宽的天线就是宽带天线，且在所有的工作频段上具有良好的阻抗匹配特性、一定的增益与稳定的辐射方向图，同时还要求低剖面、易共形、低成本、方便集成等。随着无线通信技术的日益发展，以人体为中心的无线通信系统成为移动通信系统的主要组成部分，便捷式、穿戴式、植入式无线通信系统也备受关注，研究已经涉及军事，医学，定位等领域，其研究主要集中在单频或双频，同时带宽覆盖相对较窄。
技术实现思路
本专利技术的所要解决的技术问题在于针对
技术介绍
存在的问题，提出一种非对称振子结构和环路组合天线，该组合天线具有近似的边射特性，带宽宽，单向辐射，结构新颖简单、体积小、剖面尺寸低且便于制作实现，能够用于穿戴式无线系统。本专利技术为解决上述技术问题而采用如下技术方案：一种非对称结构穿戴式宽带天线，包括介质基板、分别印刷设置在介质基板正反两面的顶层辐射单元和底层辐射单元，所述顶层辐射单元和底层辐射单元之间正反相对介质基板非对称排布，所述顶层辐射单元由圆形振子辐射单元和矩形馈线单元相互连接构成，所述底层辐射单元为矩形振子辐射单元；其中，矩形振子辐射单元的一条顶边与矩形馈线单元的一条底边相对于介质基板的投影相重合；在所述介质基板的反面、沿介质基板的两侧纵向对称设置有一对环状穿戴结构，所述穿戴结构由第一辐射单元连接线、环路连接线、第二辐射单元连接线依次连接形成；其中，第一辐射单元连接线通过金属化过孔与圆形振子辐射单元相连，第二辐射单元连接线和矩形振子单元相连，通过该穿戴结构使顶层辐射单元与底层辐射单元连通，从而组成一个对称环。进一步的，本专利技术提出的非对称结构穿戴式宽带天线，天线的阻抗匹配特性通过调整顶层的矩形馈线单元的长度来实现。进一步的，本专利技术提出的非对称结构穿戴式宽带天线，介质基板采用刚性印刷电路板或采用柔性印刷板制作。进一步的，本专利技术提出的非对称结构穿戴式宽带天线，所述圆形振子辐射单元的半径范围为：15-17mm。进一步的，本专利技术提出的非对称结构穿戴式宽带天线，所述矩形馈线单元的高度范围为：0.2-0.35mm。进一步的，本专利技术提出的非对称结构穿戴式宽带天线，第一辐射单元连接线的高度范围为1-5mm。进一步的，本专利技术提出的非对称结构穿戴式宽带天线，环路连接线的长度范围为19-25mm。进一步的，本专利技术提出的非对称结构穿戴式宽带天线，所述介质基板的介电常数范围为2-20本专利技术采用以上技术方案，具有以下技术效果：本专利技术通过采用非对称振子和环路的组合，天线的阻抗带宽可达到5.42GHz-9.27GHz（按回波损耗低于-10dB计），相对带宽约为52%；同时本专利技术还具有单向辐射特性，本天线结构新颖，体积小巧，制作简单且成本低廉。附图说明图1是天线的立体结构与参考坐标示意图。图2是天线的正面结构与参考坐标示意图。图3是天线的侧面结构与参考坐标示意图图4是利用CST软件计算的天线回波损耗特性曲线。图5是采用CST软件计算的天线方向图。图6是采用CST软件计算的天线增益曲线。图1中标号：1是介质基板,2是顶层圆形振子辐射单元，3是顶层矩形馈线单元，4是底层矩形振子辐射单元，5是环路连接线，6是顶层辐射单元连接线（第一辐射单元连接线），7是底层辐射单元连接线（第二辐射单元连接线），8是顶层矩形馈线的高度，9是环路连接线的高度，10是环路连接线的长度，11为顶层圆形振子的半径。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：下面详细描述本专利技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。如图1、图2、图3所示，本专利技术的结构是：天线制作在介电常数范围为2-20的介质基板1上，辐射单元由顶层辐射单元与底层辐射单元构成，两者相互不对称、结构不同、尺寸不同、正反相对介质基板1排布；非对称性是指顶层、底层辐射单元结构不对称性。顶层圆形振子辐射单元2和顶层矩形馈线单元3连接构成顶层辐射单元，底层矩形振子辐射单元4构成底层辐射单元；顶层辐射单元与底层辐射单元通过顶层辐射单元连接线6、环路连接线5和底层辐射单元连接线7连接起来，从而组成一个对称环路；利用环路和振子的辐射叠加，实现单向辐射特性，降低人体对天线性能的影响。其中，顶层圆形振子的半径11的范围为15-17mm，顶层矩形馈线的高度8变化范围为0.2-0.35mm；环路连接线的高度9变化范围为1-5mm，长度10变化范围为19-25mm。可以通过用一段比较薄，较窄，较结实的布条或其他材料的带状物穿过两个环，从而固定在身体或衣服上。作为本专利技术的非对称结构穿戴式宽带天线的进一步优化方案：制作方法可以采用刚性印刷电路板，也可以采用柔性印刷板。对照附图4，附图4是介质基板1按照相对介电常数为2.2、厚为0.127mm，顶层圆形振子半径11按照16.5mm，顶层矩形馈线的高度按照0.25mm，环路的高度按照3mm，环路连接线的长度按照20mm实施时，利用CST软件仿真计算得到的天线反射系数频率特性。根据图4的结果可见，该天线具有较宽的阻抗带宽。对照附图1中的参考坐标系与附图5、6，附图5(a)-(f)分别给出了6GHz、7.4GHz、和8.4GHz的两个主工作面方向图（yz-平面与xz-平面），图中的实线为主极化分量；附图6给出了工作频段内的增益特性。由图5和图6可见，在整个工作频段内，天线具有相对稳定的单向辐射特性（其主波束指向+z方向），而且具有相对平坦的增益频率特性（平均值在4dBi左右）。本专利技术利用印刷电路板工艺或集成电路工艺，在介质基板上设计顶层辐射单元和底层辐射单元，并利用金属连接线将它们连接起来，形成一对环路，环路与非对称振子组合可以实现宽带和定向辐射，故本专利技术能用于穿戴式无线通信系统中。综上所述，非对称结构穿戴式宽带天线，利用非对称振子和环路组合，无需引入额外的“接地板”结构，降低了接地板的乱真辐射，由于增加了环路，天线实现了单向辐射，佩戴时令辐射较低的方向贴近人体，有效降低人体对天线性能的劣化，因此可用于以人体为中心的无线通信系统中。该天线结构简单、体积轻巧、易于制作、成本低廉是一种性能较好的穿戴式天线。以上所述仅是本专利技术的部分实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非对称结构穿戴式宽带天线，包括介质基板（1）、分别印刷设置在介质基板（1）正反两面的顶层辐射单元和底层辐射单元，其特征在于：所述顶层辐射单元和底层辐射单元之间正反相对介质基板（1）非对称排布，所述顶层辐射单元由圆形振子辐射单元（2）和矩形馈线单元（3）相互连接构成，所述底层辐射单元为矩形振子辐射单元（4）；其中，矩形振子辐射单元（4）的一条顶边与矩形馈线单元（3）的一条底边相对于介质基板的投影相重合；在所述介质基板的反面、沿介质基板的两侧纵向对称设置有一对环状穿戴结构，所述穿戴结构由第一辐射单元连接线（6）、环路连接线（5）、第二辐射单元连接线（7）依次连接形成；其中，第一辐射单元连接线（6）通过金属化过孔与圆形振子辐射单元（2）相连，第二辐射单元连接线（7）和矩形振子单元（4）相连，通过该穿戴结构使顶层辐射单元与底层辐射单元连通，从而组成一个对称环。

【技术特征摘要】
1.一种非对称结构穿戴式宽带天线，包括介质基板(1)、分别印刷设置在介质基板(1)正反两面的顶层辐射单元和底层辐射单元，其特征在于：所述顶层辐射单元和底层辐射单元之间正反相对介质基板(1)非对称排布，所述顶层辐射单元由圆形振子辐射单元(2)和矩形馈线单元(3)相互连接构成，所述底层辐射单元为矩形振子辐射单元(4)；其中，矩形振子辐射单元(4)的一条顶边与矩形馈线单元(3)的一条底边相对于介质基板的投影相重合；在所述介质基板的反面、沿介质基板的两侧纵向对称设置有一对环状穿戴结构，所述穿戴结构由第一辐射单元连接线(6)、环路连接线(5)、第二辐射单元连接线(7)依次连接形成；其中，第一辐射单元连接线(6)通过金属化过孔与圆形振子辐射单元(2)相连，第二辐射单元连接线(7)和矩形振子辐射单元(4)相连，通过该穿戴结构使顶层辐射单元与底层辐射单元连通，从而组成一个对称环。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕文俊，张庆年，章丹阳，朱洪波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32