双频双极化印刷天线制造技术

本实用新型专利技术公开一种双频双极化印刷天线，包括介质板、辐射单元、馈电结构和接地板，所述介质板为圆盘形，分为上层介质板和下层介质板；所述辐射单元印制于所述上层介质板的上表面；所述馈电结构印制于所述下层介质板的上表面；所述馈电结构由位于所述介质板中心的圆盘加载探针耦合馈电结构和沿半径方向的微带线耦合馈电结构集成；所述接地板印制于所述下层介质板的下表面。本实用新型专利技术产品易于佩戴使用，可以与其他便携式设备集成，不存在弯折、缩水、起皱等问题。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种印刷天线，特别涉及一种工作在工业、科学和医疗频段的 人体通信用佩戴式天线。
技术介绍
目前，人体通信的穿/佩带式天线在国外已见诸报道，其结构大致有两类一 类是采用常规印刷天线形式制作的导电织物天线，这一类天线存在易弯折、易缩水、易 起皱等问题，对于制作材料和工艺的要求也较高；另一类是变形的常规硬质天线，使天 线与衣物上的配件如纽扣、腰带等共形，制成衣物的一部分，这种天线无法平面集成而 需要机械加工。另一方面，已见诸报道的穿/佩戴式天线或用于离体通信、或用于体表 通信，这种天线只能单频段、单极化工作。
技术实现思路
技术目的本技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供了一种不 弯折、不缩水、不起皱，可以平面集成的双频段双极化佩戴式印刷天线。技术方案本技术所述的双频双极化印刷天线，包括介质板、辐射单元、 馈电结构和接地板，所述介质板为圆盘形，分为上层介质板和下层介质板；所述辐射单 元印制于所述上层介质板的上表面；所述馈电结构印制于所述下层介质板的上表面；所 述馈电结构由位于所述介质板中心的圆盘加载探针耦合馈电结构和沿半径方向的微带线 耦合馈电结构集成；所述接地板印制于所述下层介质板的下表面。所述圆盘加载探针耦合馈电结构由金属圆盘和金属探针构成，所述金属圆盘与 所述下层介质板同心，所述金属探针的一端与所述金属圆盘相连，另一端贯穿所述下层 介质板和所述接地板，外接同轴馈线。此馈线结构为馈电结构的端口 2;所述沿半径方向的微带线耦合馈电结构为沿所述下层介质板的半径方向延伸的 金属条带，所述金属条带上蚀刻有带阻滤波结构，外接微带馈线。此馈线结构为馈电结 构的端口 1。所述辐射单元为圆形金属贴片，沿所述金属贴片的半径方向开有缝隙，所述 缝隙数量可根据实际需要使用两条或多条。所述的圆形金属贴片的半径可由公式R2 = 3.832c/(2 π fr2 ε r1/2)近似算得，其中c为光速，ε r为介质板的相对介电常数，代表较 高的第二个谐振频率，对应了馈电端口 2。在确定圆形金属贴片的半径后，频率较低的第 一个谐振频率可由公式fri = 1.841c/(2 π R2 ε r1/2)近似算得，可优化沿贴片径向的缝隙数 量、长度和夹角，进而调节谐振频率和展宽端口 1的阻抗频带宽度以满足所应用频段 的要求。所述微带馈线上的带阻滤波结构由1/4波长高阻抗线构成，阻止G频段的信号 进入端口 1。所述探针顶端连接的同心圆盘半径的选择应使端口 2的输入阻抗之虚部接近 于0。有益效果本技术与现有技术相比，其有益效果为(1)本技术产品易于佩戴使用，可以与其他便携式设备集成，不存在弯折、缩水、起皱等问题；(2)本 技术产品将两种单频段、单极化的通信天线互不干扰地集成为一体，具有双频、双 极化功能；采用微带印刷技术，利于批量生产，降低成本；(3)本技术产品可同时 适用于人体通信中的体表和离体通信链路，端口 1馈电时，天线谐振于频率较低的fri，在 圆形贴片上激起TM11模，电磁波极化平行于天线表面且最大辐射方向背离天线表面，适 合较低频段的离体通信、且通信距离较远；端口 2馈电时，天线谐振于频率较高的(2， 圆形贴片上激起TMtll模，电磁波极化垂直于天线表面而最大辐射方向平行于天线表面， 适用于较高频段的体表通信、且通信距离较近；(4)本技术通过在微带馈线上刻蚀 高阻抗结构有效地提高了两馈电端口的隔离度，有助于提高通信系统的性能；(5)本实 用新型对探针馈电实施圆盘加载，通过调节加载圆盘的半径为天线端口阻抗匹配引入了 新的设计自由度；(6)本技术产品具有较好的功能扩展性，通过适当选择径向缝隙 的长度、数量及相对位置还可实现多频带、宽频带、圆极化，多极化等功能；(7)本实 用新型产品具有较好的通用性，可应用于无线局域网，无线家庭网络，卫星导航定位系 统、汽车通信系统等领域。附图说明图1是本技术实施例产品的结构示意图；图2是天线在2.40GHz和5.80GHz频段的回波损失和隔离度频响仿真曲线；图3是在频率为2.40GHz时，天线在自由空间和人体附近的实测辐射方向性 图；图4是在频率为5.80GHz时，天线在自由空间和人体附近的实测辐射方向性 图；图5是在2.40GHz频段，天线在自由空间和人体附近的实测增益频响曲线；图6是在5.80GHz频段，天线在自由空间和人体附近的实测增益频响曲线。具体实施方式以下结合附图，对最佳实施例进行详细说明，但是本技术的保护范围不局 限于所述实施例。实施例同时工作于2.40GHz和5.80GHz频段的人体通信用双频双极化印刷天 线。如图1所示，其辐射单元2和馈电结构3分别印刷在两层等厚度的聚四氟乙烯圆形 介质板1上，该介质片的半径为R1,厚度为h=1.6mm，相对介电常数％ = 4.4，损耗正 切值tano =0.02;辐射单元2为圆形贴片；该天线的馈电结构3采用两端口馈电，其中 端口 1为沿半径方向的微带线耦合馈电结构32，用于激励圆形贴片的TM11模，使其工作 于2.40GHz频段，端口 2为圆盘加载的探针耦合馈电结构31，用于激励圆形贴片的TMtll 模，使其工作于5.80GHz频段；圆形金属接地板4印制于下层介质板12的下表面；所述 圆盘加载探针耦合馈电结构31由金属圆盘和金属探针构成，所述金属圆盘与下层介质板 12同心，所述金属探针的一端与所述金属圆盘相连，另一端贯穿下层介质板12和接地板 4，外接同轴馈线；所述沿半径方向的微带线耦合馈电结构32为沿下层介质板12的半径 方向延伸的金属条带，所述金属条带上蚀刻有带阻滤波结构，外接微带馈线；所述带阻滤波结构由对应于5.80GHz频段的1/4波长高阻抗线构成；圆形贴片的半径可由高频段TMtll模的谐振频率= 5.80GHz确定，利用公式艮 =3.832c/(2 π ε r1/2)近似算得R2 = 15.1mm,但其对应的低频段TM11模的谐振频率 =1.841c/(2 π R2 ε r1/2) = 2.79GHz，需要在圆形贴片上适当割缝以延长电流路径使谐振频 率降低至2.40GHz，为此沿半径方向割有与χ轴对称的两条窄缝，分别与χ轴呈士 β夹 角、长度为I1, 12。不等长度两条径向窄缝不影响TMtll模沿径向分布的电流线，对TM11 模还有参差调谐的效果，可有效展宽2.40GHz的阻抗匹配频带，以补偿将天线佩戴于人 体时引起的阻抗带宽褪化。如图1所示，金属条带的长度为13，宽度为Wl、构成带阻滤波结构的高阻抗线 宽为w2，加载圆盘的半径为R3。利用Ansoft公司的电磁仿真软件HFSS-11.0进行了仿 真分析，优选出符合要求的天线几何尺寸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外接馈线的特性阻抗都为50 Ω。 图2、图3、 图4、图5、图6分别给出了该实例天线的仿真或测试结果。熟知本领域的人士将理解，虽然这里为了便于解释已描述了具体实施例，但是 可在不背本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双频双极化印刷天线，包括介质板（１）、辐射单元（２）、馈电结构（３）和接地板（４），其特征在于：所述介质板（１）为圆盘形，分为上层介质板（１１）和下层介质板（１２）；所述辐射单元（２）印制于所述上层介质板（１１）的上表面；所述馈电结构（３）印制于所述下层介质板（１２）的上表面；所述馈电结构（３）由位于所述介质板（１）中心的圆盘加载探针耦合馈电结构（３１）和沿半径方向的微带线耦合馈电结构（３２）集成；所述接地板（４）印制于所述下层介质板（１２）的下表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章文勋，马达，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84