【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微波医疗诊断设备制造的，具体涉及为一种宽频带的微带贴片天线。
技术介绍
1、在微波医疗诊断设备制造领域中，对于宽频带贴片天线的需求日益增长。这种贴片天线能够在较宽的频率范围内为医疗设备的诊断、监护及治疗提供稳定和高效的性能。贴片天线因其尺寸小巧、重量轻、易于制造和集成到各种设备中而受到青睐。
2、传统的微带贴片天线通常有较窄的工作带宽，限制了其在多频段和高速数据传输应用中的使用。为了扩展天线的工作带宽，研究者已经提出了多种设计和技术，如使用多层结构、增加天线的尺寸、应用新型高介电常数材料或在天线上刻蚀特定图案。然而，这些方法往往会导致设计复杂、成本增加、难以与现有设备兼容或者降低天线的辐射效率。
3、在高分辨率医学成像系统和外围医疗监测设备的无线通信等需求日益增长的背景下，如何设计一种既能提供宽带特性，又能保持贴片天线的紧凑形状、高效率和低成本的方案，已经成为微波医疗诊断设备制造领域的一项挑战。尤其是应用于医院和诊所中高速数据传输和远程监控的医疗设备，对于能够在更宽频率范围内工作的贴片天线的需求正在不断增长。因此，如何开发设计一种新型的宽频带贴片天线满足当前医疗设备对高性能天线的要求，已经迫在眉睫。
技术实现思路
1、针对
技术介绍
中传统的微带贴片天线存在不足，难以满足当前医疗设备对高性能天线的要求。本专利技术根据椭圆形贴片天线通常能提供较宽带宽的特点，在此基础上，设计并提供了一种宽频带的微带贴片天线。
2、为达到上述目的，本专利技术
3、作为上述技术方案的进一步补充说明，所述“蝴蝶”状贴片的结构由两个大椭圆和两个小椭圆组成，其两个大椭圆与两个小椭圆均沿馈带线中心线对称布置，位于馈带线中心线同一侧的大椭圆和小椭圆存在部分面积叠加，且位于馈带线中心线两侧的两个大椭圆和两个小椭圆存在部分面积叠加，两个大椭圆与两个小椭圆形成轮廓图形为“蝴蝶”状贴片的外形结构。
4、作为上述技术方案的进一步补充说明，所述馈带线的尺寸为17mm×3mm，所述大椭圆的长轴与短轴分别为9mm、7.2mm，所述小椭圆的长轴和短轴分别为3.64mm和2.8mm，两个所述大椭圆的短轴点、和两个所述小椭圆的长轴点、均位于所述馈带线的短边中点上，位于馈带线中心线左侧的大椭圆与小椭圆分别以短边中点顺时针旋转30°、45°，位于馈带线中心线右侧的大椭圆与小椭圆分别以短边中点逆时针旋转30°、45°，由此得到的轮廓图形为顶层辐射金属板的外形结构。
5、作为上述技术方案的进一步补充说明，所述中间层介质基板采用fr-4材料制成，其相对介电常数为4.4，介电损耗为0.02。
6、作为上述技术方案的进一步解释及限定，所述中间层介质基板的整体尺寸为50mm×50mm×1.6mm。
7、作为上述技术方案的进一步解释及限定，所述底层接地金属板采用金属铜材料制成，其整体尺寸为15mm×50mm。
8、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
9、1、本专利技术对天线结构中顶层辐射金属板主要包括“蝴蝶”状贴片与馈带线两部分，其中“蝴蝶”状贴片采用椭圆形作为主要设计形状，有助于增大贴片天线的工作带宽。本专利技术在对“蝴蝶”状贴片设计中运用hfss软件分析其顶层金属辐射层的电流强度变化，在馈带线顶端电流密度大的区域，在大椭圆基础上增加额外的小椭圆用以增大辐射面积，使其天线的回波损耗，辐射性能得到增强。因此本专利技术所设计的微带贴片天线通过对顶层辐射金属板的形状进行独创性设计，使得天线工作在宽频带范围内，且具有良好的参数指标。
10、2、本专利技术充分发挥了微带贴片天线的小体积、低剖面和易集成等优点，突破了现有微带贴片天线频带较窄、增益性能较低的缺点，天线的频带范围为2.9-8.1ghz和9.9-18ghz，相对带宽分别为94.5%和58.1%，满足驻波比小于2的应用需求。因此本专利技术采用fr4作为介质基板材料的宽频带微带贴片天线，适用于医疗领域的非植入式应用，尤其是用于医院和诊所中高速数据传输和远程监控的医疗设备，尤其是在高分辨率医学成像系统和外围医疗监测设备的无线通信方面，表现十分出色。
11、3、本专利技术将所设计的微带贴片天线置于符合理论要求的空气腔中,采用基于有限元算法的全波仿真软件hfss对天线的各性能参数进行了仿真和优化改进,并确定了最终的天线尺寸。结果表明,该天线的s11参数实现了频段从2.9-8.1ghz,9.9-18ghz的覆盖。在这个频段范围内,天线增益都在2dbi以上,满足其在部分s和x波段，以及全部c波段和ku波段的频带要求。从而保证了设计的天线结构可以应用在这些频段的无线通信系统中。
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1.一种宽频带的微带贴片天线，其主要包括顶层辐射金属板（1）、中间层介质基板（2）、底层接地金属板（3）按序紧密相连的天线整体结构，其特征在于：所述顶层辐射金属板（1）采用铜金属板一体加工而成，其由“蝴蝶”状贴片（101）与馈带线（102）两部分组成，且馈带线（102）位于“蝴蝶”状贴片（101）的尾部中间，所述顶层辐射金属板（1）和底层接地金属板（3）的覆盖面积分别均小于中间层介质基板（2）的面积，所述底层接地金属板（3）的长度与所述中间层介质基板（2）的长度相等，且其宽度为1/4~1/2所述中间层介质基板（2）的宽度，所述底层接地金属板（3）与馈带线（102）呈十字交错布置，信号经馈带线（102）馈入“蝴蝶”状贴片（101）中经中间层介质基板（2）与底层接地金属板（3）共同形成天线。
2.根据权利要求1 所述的一种宽频带的微带贴片天线，其特征在于：所述“蝴蝶”状贴片（101）的结构由两个大椭圆（101a）和两个小椭圆（101b）组成，其两个大椭圆（101a）与两个小椭圆（101b）均沿馈带线（102）中心线对称布置，位于馈带线（102）中心线同一侧的大椭圆（101
3.根据权利要求 2所述的一种宽频带的微带贴片天线，其特征在于：所述馈带线（102）的尺寸为17mm×3mm，所述大椭圆（101a）的长轴与短轴分别为9mm、7.2mm，所述小椭圆（101b）的长轴和短轴分别为3.64mm和2.8mm，两个所述大椭圆（101a）的短轴点、和两个所述小椭圆（101b）的长轴点、均位于所述馈带线（102）的短边中点上，位于馈带线（102）中心线左侧的大椭圆（101a）与小椭圆（101b）分别以短边中点顺时针旋转30°、45°，位于馈带线（102）中心线右侧的大椭圆（101a）与小椭圆（101b）分别以短边中点逆时针旋转30°、45°，由此得到的轮廓图形为顶层辐射金属板（1）的外形结构。
4.根据权利要求 1至3中任一项所述的一种宽频带的微带贴片天线，其特征在于：所述中间层介质基板（2）采用FR-4材料制成，其相对介电常数为4.4，介电损耗为0.02。
5.根据权利要求4 所述的一种宽频带的微带贴片天线，其特征在于：所述中间层介质基板（2）的整体尺寸为50mm×50mm×1.6mm。
6.根据权利要求5 所述的一种宽频带的微带贴片天线，其特征在于：所述底层接地金属板（3）采用金属铜材料制成，其整体尺寸为15mm×50mm。
...【技术特征摘要】
1.一种宽频带的微带贴片天线，其主要包括顶层辐射金属板（1）、中间层介质基板（2）、底层接地金属板（3）按序紧密相连的天线整体结构，其特征在于：所述顶层辐射金属板（1）采用铜金属板一体加工而成，其由“蝴蝶”状贴片（101）与馈带线（102）两部分组成，且馈带线（102）位于“蝴蝶”状贴片（101）的尾部中间，所述顶层辐射金属板（1）和底层接地金属板（3）的覆盖面积分别均小于中间层介质基板（2）的面积，所述底层接地金属板（3）的长度与所述中间层介质基板（2）的长度相等，且其宽度为1/4~1/2所述中间层介质基板（2）的宽度，所述底层接地金属板（3）与馈带线（102）呈十字交错布置，信号经馈带线（102）馈入“蝴蝶”状贴片（101）中经中间层介质基板（2）与底层接地金属板（3）共同形成天线。
2.根据权利要求1 所述的一种宽频带的微带贴片天线，其特征在于：所述“蝴蝶”状贴片（101）的结构由两个大椭圆（101a）和两个小椭圆（101b）组成，其两个大椭圆（101a）与两个小椭圆（101b）均沿馈带线（102）中心线对称布置，位于馈带线（102）中心线同一侧的大椭圆（101a）和小椭圆（101b）存在部分面积叠加，且位于馈带线（102）中心线两侧的两个大椭圆（101a）和两个小椭圆（101b）存在部分面积叠加，两个大椭圆（101a）与两个小椭圆（10...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫丹，李君震，党庆伟，张祯，杨誉坤，刘林仙，高佳，黄继，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：
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