环形圆极化植入式微带天线制造技术

本发明专利技术提供了一种用于无线体域网的环形圆极化植入式微带天线，包括辐射贴片和介质基板，辐射贴片位于所述介质基板的正面，由环形微带片和位于该环形微带片中心的圆形金属片构成；环形微带片的内边界上具有一对扰动元件，且环形微带片上开有多个第一槽和第二槽，所述圆形金属片上开有第三槽。本发明专利技术的环形圆极化植入式微带天线具有小型化的天线尺寸、适于植入人体的外部轮廓，并且其圆极化的性质更有利于在无线体域网中接收和发送数据。

Annular circularly polarized implantable microstrip antenna

The invention provides an annular circularly polarized implantable microstrip antenna for wireless body area network, which comprises a radiation patch and a dielectric substrate, the radiation patch is located on the front of the dielectric substrate, and consists of a circular microstrip patch and a circular metal sheet located at the center of the annular microstrip patch; a pair of perturbations exist on the inner boundary of the annular microstrip patch. The element is provided with a plurality of first and second grooves on the annular microstrip sheet, and a third groove is arranged on the circular metal sheet. The circularly polarized implantable microstrip antenna of the invention has miniaturized antenna size, is suitable for implanting the external contour of the human body, and its circularly polarized nature is more conducive to receiving and transmitting data in the wireless body area network.

【技术实现步骤摘要】
环形圆极化植入式微带天线
本专利技术涉及医疗设备
，具体涉及一种适于用在无线体域网中的小型化的环形圆极化植入式微带天线。
技术介绍
无线体域网(WirelessBodyAreaNetwork,WBAN)是以人体为中心，由人体身上甚至体内的传感器与人体周围的各类网络元素等组成的通信网络，是健康监测系统的核心技术。其分布在身体上的传感器能够有效感知一个或者多个人体生理信号，处理存储并且发送这些信号到外部的WBAN服务器，最后传送到医学服务器上供专业人士分析诊断。这一技术面临的一个主要问题是，人体属于非均匀介质，人体中的植入式设备与外部基站的通信会受到植入式设备中的天线位置和方向的影响。因此，提高植入式设备与外部基站的通信质量就显得尤为重要。为解决在人体等复杂环境中植入式设备与外部基站通信质量不稳定这一问题，可以采用圆极化植入式天线来替代常规的线极化植入式天线，同时该天线还必须满足小型化，生物兼容性等特点。此外，具有光滑的外部曲线的天线能更好地满足人体的舒适度。然而在已有的解决方案中，并没有将以上几种特征进行有效结合。综上，需要一种适于用在无线体域网中的小型化的圆极化植入式天线解决方案。
技术实现思路
基于此，本专利技术的主要目的在于提供一种用于无线体域网的小型化的环形圆极化植入式微带天线。一种环形圆极化植入式微带天线，包括：辐射贴片和介质基板，所述辐射贴片位于所述介质基板的正面，其中，所述辐射贴片由环形微带片和位于该环形微带片中心的圆形金属片构成；所述环形微带片的内边界上具有一对扰动元件，且所述环形微带片上开有多个第一槽和第二槽，所述圆形金属片上开有第三槽。根据一种实施方式，扰动元件为从环形微带片的内边界上径向朝内凸出的开路桩，该开路桩的形状为矩形或梯形。根据一种实施方式，多个第一槽等间隔地开设在所述环形微带片的内边界上，多个第二槽等间隔地开设在所述环形微带片的外边界上，且第一槽与第二槽的数量之比为1:2。根据一种实施方式，第三槽的形状为“Z”形、“H”形及或开口环形。根据一种实施方式，所述环形圆极化植入式微带天线还包括接地面，所述接地面布置在所述介质基板背面。根据一种实施方式，所述环形圆极化植入式微带天线还包括介质加载层，所述介质加载层覆盖所述辐射贴片。根据一种实施方式，所述介质加载层由生物兼容性材料制成。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术一方面利用环形微带线作为主辐射面，它比相同尺寸的圆形微带天线具有更长的电流路径，因而在相同工作频率具有更小的天线尺寸；此外，通过在环形微带片上开槽使得天线进一步小型化。同时，环形微带线比方环形微带片具有更圆滑的轮廓线，更有利于优化植入式设备的外形，增加人体的舒适度。通过在环形微带片的内边界上嵌入一对矩形开路桩，实现了天线的圆极化。对于植入式设备来说，由于植入式天线的位置及方向的不确定性，圆极化的植入式天线比线极化天线更能减少外部基站对其位置的限制，使信号数据的接收与发送更为方便。附图说明图1是根据本专利技术一实施例的环形圆极化植入式微带天线的整体结构示意图，包括正面和侧面示意图；图2是图1的环形圆极化植入式微带天线的辐射层的结构示意图；图3是图1的环形圆极化植入式微带天线及皮肤仿真平台的侧视图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的首选实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。图1为根据本专利技术一实施例的环形圆极化植入式微带天线的整体结构示意图，包括正面和侧面示意图。该环形圆极化植入式微带天线包括辐射贴片1、介质基板2、接地面3和介质加载层4。如图2所示，辐射贴片1由环形微带片10及位于环形微带片中心的圆形金属片15构成，二者布置在介质基板2的正面。环形微带片10的内外侧分别开有第一矩形槽11和第二矩形槽12，这些矩形槽的数量和尺寸均能用来调整天线的尺寸，矩形槽数量越多、尺寸越大，则天线工作时电流路径越长，因而天线的尺寸越小。通过调整两侧矩形槽嵌入环形微带片的尺寸比例，还能优化天线的辐射性能。在环形微带片10的内边界嵌入一对矩形的开路桩13，它能将环形微带片的基模TM11模分裂为两个临近的简并模式，再通过调整开路桩13相对于馈线的位置，从而能满足天线实现圆极化的两个条件，实现天线的圆极化性能。位于环形微带片10中央的圆形金属片15能够通过调整环槽14的尺寸来改变其面积，从而调整天线的圆极化性能和阻抗匹配。在圆形金属片中央开有“Z”型槽，可用来进一步优化天线的圆极化性能。如图3所示，本实施例的环形圆极化植入式微带天线还包括覆盖在辐射贴片1上方的介质加载层4，该介质加载层4可以采用与介质基板2相同材料或不同材料构成，既可以保护辐射贴片1，还可以通过选择介电常数，调整天线参数和尺寸，如果选用生物兼容性材料，也可用来实现天线的生物兼容性。本实施例的天线采用50Ω同轴线5馈电，同轴线的芯线透过下层的介质基板2连接在环形微带片10上，其外层金属屏蔽层与金属地相连。通过调整馈电点5与开路桩13的相对位置，可以满足天线圆极化的相位条件。从图3也可以看出，天线在人体皮肤模型6中进行仿真优化，这可以模拟天线植入人体的情况。本专利技术所述的环形圆极化植入式微带天线，辐射贴片为圆环形微带片，该结构可以增加天线外形的光滑度，从而增加人体的舒适感。实际应用时，可以根据不同的使用环境和装配空间选择不同形状的环形微带，如椭圆环、抛物线环等。在天线小型化方面，本专利技术采用在环形微带内外边界开矩形槽的形式，内外边界所开矩形槽的数量为1:2，矩形槽间隔均匀，这种结构与不开槽的环形微带片结构相比具有更长的电流路径，有利于天线尺寸的小型化。一款结构如图1和图2所示的，工作在工业，科学和医疗(ISM，2.4-2.48GHz)频段的小型化开槽半圆植入天线，具体参数如下：介质基板半径为5.5mm，圆环形微带片的外半径为5.2mm，内半径为3.2mm。位于环形微带片中心的金属圆片半径为2.2mm。介质基板和介质加载层厚度均为0.635mm，介质材料为Rogers3010，介电常数10.2。可以看出，整个天线的最大横向尺寸为11mm，纵向厚度约1.27mm，体积不超过121mm3。对于一款工作在ISM频段(2.4～2.48GHz)的环形微带天线，比相同中心频率的方形环天线具有更小的尺寸，更光滑的外部曲线。可以理解，本实施例中所涉及的各个尺寸参数只是一种优选实施方式下的情况，不应该作为限制本专利技术保护范围的条件，其各个尺寸参数可以根据实际需要进行对应的变换。以上所述实施例仅表达了本专利技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。因此，本专利技术专利的保护范围应以所附权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环形圆极化植入式微带天线，包括辐射贴片和介质基板，所述辐射贴片位于所述介质基板的正面，其特征在于，所述辐射贴片由环形微带片和位于该环形微带片中心的圆形金属片构成；所述环形微带片的内边界上具有一对扰动元件，且所述环形微带片上开有多个第一槽和第二槽，所述圆形金属片上开有第三槽。

【技术特征摘要】
1.一种环形圆极化植入式微带天线，包括辐射贴片和介质基板，所述辐射贴片位于所述介质基板的正面，其特征在于，所述辐射贴片由环形微带片和位于该环形微带片中心的圆形金属片构成；所述环形微带片的内边界上具有一对扰动元件，且所述环形微带片上开有多个第一槽和第二槽，所述圆形金属片上开有第三槽。2.根据权利要求1所述的环形圆极化植入式微带天线，其特征在于，所述扰动元件为从所述环形微带片的内边界上径向朝内凸出的开路桩，该开路桩的形状为矩形或梯形。3.根据权利要求1所述的环形圆极化植入式微带天线，其特征在于，所述多个第一槽等间隔地开设在所述环形微带片的内边界上，所述多个第二槽等间隔地...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永新，李荣强，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，苏州工业园区新国大研究院，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG