[發明專利]一種應用于近距離通信的微帶天線

無效

• 申請號: 200910082538.0
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101527393A
• 公開（公告）日: 2009-09-09
• 發明（設計）人: 張金玲;呂英華;鄭占奇;張洪欣;李莉;韓宇南;李蓉蓉
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01Q13/08
• 分類號: H01Q13/08;H01Q13/16;H01Q1/38
• 代理公司: 信息產業部電子專利中心
• 代理人: 李勤媛

技術領域

本發明屬于無線通信設備領域，特別涉及到一種應用于近距離通信的微帶天線。

背景技術

天線是發射和接收電磁波的一個重要的無線電設備。無線電發射機輸出的射頻信號功率，通過饋線(電纜)輸送到天線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波傳播到接收地點后，由天線接收，并通過饋線送到無線電接收機。天線品種繁多，對于不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求情況下，使用的天線種類也是不同的。

在人體中心網絡系統中，天線起到了極其重要的作用。天線的選取主要依據網絡傳輸數據的要求和系統輻射標準。具體而言，天線需要工作在相應的工作頻段滿足一定的傳輸距離，并且天線對人體的電磁輻射必須滿足NRPB(英國輻射防護局)和ICNIRP(國際非電離輻射防護委員會)規定限度標準之下，以保證人體的健康。所說的人體中心網絡技術，它是一種新興的具有廣泛應用前景的無線通信技術，主要的研究方向是無線通信技術中最后一米的接入問題。隨著電子產品的小型化和其價格的降低，為組建個人信息和通信系統提供了可能。目前可構建人體中心網絡的產品包括手機，個人數字助理(PDA)，微型無線傳感器等。這些在人體附近的無線設備以及微型無線傳感器可以通過共享數據來監測人體的健康狀況。

近距離無線通信在物理層發送和接收射頻信號普遍采用的射頻單元是微帶天線。微帶天線是二十世紀中后期逐漸發展起來的一種新型天線，其中平面倒F天線(Planar?Inverted-F?Antenna，PIFA)是微帶天線中尺寸比較小的常用天線。天線結構如圖1所示。

介質基片尺寸為110mm×50mm×1mm，采用介電常數ε_r＝3.15的FR4材料實現。其中顏色深的部分為金屬層，顏色較淺的部分為介質層。介質基片頂面的倒F型金屬貼片占據整個基片25mm×5mm的空間，是天線的主要輻射部分，饋點和接地點如圖1所示。介質基片底面的接地板是一個與基片同樣尺寸的矩形金屬片，在與介質基片上面的F區域相對的介質基片的底面上有一個與F區域對應的矩形缺口。天線各個部分參數的尺寸如下所示：d1＝1mm，d2＝1mm，l＝23mm，w1＝3mm，w2＝1mm，w3＝1mm?s＝3mm，h2＝4mm。

此款天線中心頻率是2.45GHz，相對帶寬大于5％，駐波比小于1.5，天線增益大于2.85dB，中心頻率上的輸入阻抗接近50歐姆純電阻。效率是79％。這種倒F天線雖然可以用在近距離無線通信方面，特別是人體中心網絡中，但是在低介電常數(ε_r＝3.15)下，它的介質基片尺寸大，天線系統效率低。對于射頻集成電路，為了避免電路本身輻射帶來的干擾，同時也為了減小電路尺寸，需要選用高介電常數的介質材料作為電路基板，在高介電常數下，該天線的帶寬變窄，小于3％，保持足夠寬的帶寬就變得非常困難，很難滿足藍牙頻段要求。

目前微帶天線主要存在的問題是帶寬窄，效率低，尤其是隨著基板的介電常數的升高，帶寬更難保證，效率很低，發熱量大。本申請人單位從事了相關的研究工作，并于2009年4月16日申報了國家專利《一種微帶天線結構及優化調整方法》，專利申請號為200910082135.6。針對以上這種情況，該專利主要是為了設計出一款反射系數小，匹配良好，體積小、重量輕，帶寬寬，性能優異的蝶型微帶縫隙天線。

使這樣的微帶天線能進一步應用于近距離無線通信領域，比如應用于人體中心無線網絡中。另外，因為其體積小，重量輕，陶瓷介質和鍍金表面排異性較小，在器官功能修復研究領域，為將天線植入人體內修復器官功能提供了可能性。

發明內容

本發明需要解決的技術問題是，針對微帶天線研究的進一步拓寬使用范圍，為了使微小型的天線研究有一個新的突破，進一步應用于進距離無線通信領域、應用于人體中心無線網絡中，提出了本項研究。本發明的目的在于提供一種應用于近距離通信的微帶天線，為了實現本發明的目的，所采用的技術方案如下，一種應用于近距離通信的微帶天線，包含單面覆銅介質基板制成的矩形直角縫隙結構的天線面板、同軸線饋電，其特征在于，采用微小型化面積的碟型輻射式天線面板結構，所述單面覆銅陶瓷介質基板對人體排異性小。

本發明的有益效果是，本發明所設計的碟型面板結構微帶天線尺寸極小，結構簡單，容易加工，便于與有源電路集成。所設計的蝶形微帶縫隙天線比現有的倒F微帶天線面積減小了約95％以上，不僅節約了成本，也可以為應用于人體中心網絡系統以及天線植入體內修復器官功能提供可能性。