[發(fā)明專利]一種基于近場耦合的小型化螺旋天線系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102496786A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 廖斌;崔超
• 申請（專利權(quán)）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;H01Q9/27;H01Q1/36
• 代理公司: 上海藍迪專利事務(wù)所 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及螺旋天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于近場耦合的小型化螺旋天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著航空、航天和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，短距離無線通信技術(shù)的應(yīng)用也不斷深入。由于無線頻率資源的日益緊張，使短距離無線通信呈現(xiàn)出更廣泛的應(yīng)用前景。近場耦合通信就是短距離無線通信的重要方式之一。近場耦合通信系統(tǒng)一般是基于電感耦合方式，天線采用線圈的形式，即封閉式環(huán)形線圈，收發(fā)線圈通過電感耦合產(chǎn)生磁場，數(shù)據(jù)通過磁耦合建立鏈路，進行數(shù)據(jù)傳輸，在耦合的過程中，利用天線線圈產(chǎn)生的未輻射出去的交變磁能，相當于天線的輻射近場情況。而鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物，將鐵氧體材料應(yīng)用于近場耦合的螺旋天線系統(tǒng)中可使天線系統(tǒng)小型化，從而提高耦合效率。

螺旋天線有不同的形式，如中心匹配螺旋波束天線、非等距雙頻螺旋天線、四臂螺旋式天線等等。結(jié)構(gòu)是決定螺旋天線特性的關(guān)鍵。不同結(jié)構(gòu)形式的螺旋天線具有不同的特性。等螺距或非等螺距是目前常用的螺旋天線形式，現(xiàn)有技術(shù)一般采用平面螺旋結(jié)構(gòu)(微帶結(jié)構(gòu))或空氣芯螺旋結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)體積較大，無法應(yīng)用在要求小體積、近距離的通信環(huán)境中。

根據(jù)傳輸線理論，采用加載鐵氧體的小型化螺旋天線結(jié)構(gòu)可滿足近距離磁場耦合的通信要求?；诮鼒鲴詈系男⌒突菪炀€系統(tǒng)可等效為分布參數(shù)電路，即變壓器模型。通過改變內(nèi)外圈螺旋天線的直徑、螺距、長度(匝數(shù))、內(nèi)圈和外圈螺旋的間距以及鐵氧體材料等就可改變螺旋天線系統(tǒng)的耦合電容和耦合電感，從而改變螺旋天線系統(tǒng)的諧振頻率和耦合效率，實現(xiàn)近距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕恕?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種基于近場耦合的小型化螺旋天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)體積小，頻帶較寬，衰減較小，能很好地實現(xiàn)近距離的數(shù)據(jù)傳輸。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是：

一種基于近場耦合的小型化螺旋天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括外圈螺旋天線、內(nèi)圈螺旋天線和圓柱型鐵氧體環(huán)；圓柱型鐵氧體環(huán)加載于螺旋天線內(nèi)且與螺旋天線同軸；外圈螺旋天線設(shè)于內(nèi)圈螺旋天線之外且與螺旋天線同軸；信號從內(nèi)圈螺旋天線輸入、外圈螺旋天線輸出；實現(xiàn)螺旋天線系統(tǒng)的近場耦合和小型化。

其中，所述外圈螺旋天線的直徑為5.5?～12mm，螺距為0.5～2mm，導線直徑為0.1～0.5mm，天線的長度不超過10mm。

其中，所述內(nèi)圈螺旋天線的直徑為5～8mm，螺距為0.5～2mm，導線直徑為0.1～0.5mm，天線的長度不超過10mm。

其中，所述鐵氧體環(huán)的外徑為5～8mm，內(nèi)徑為3～5mm，長度不超過10mm。

其中，所述螺旋天線系統(tǒng)的三個諧振頻率介于15~300MHz。工作時近距離數(shù)據(jù)通信在這三個頻率進行。

其中，所述內(nèi)、外圈螺旋天線可等螺距或非等螺距，非等螺距為螺距增加或螺距減小。

其中，所述內(nèi)、外圈螺旋天線的材料是銅、銀或金；所述鐵氧體環(huán)的材料是鎳鋅鐵氧體。

????本發(fā)明中，內(nèi)圈、外圈螺旋天線與鐵氧體環(huán)同軸，內(nèi)圈和外圈螺旋天線用絕緣膠帶隔離。

????本發(fā)明提供的基于近場耦合的小型化螺旋天線系統(tǒng)是一個實現(xiàn)近距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。當數(shù)據(jù)信號從內(nèi)圈螺旋天線(發(fā)射天線)輸入時，內(nèi)圈螺旋天線產(chǎn)生的交變磁力線穿過外圈螺旋天線(接收天線)，并在外圈螺旋天線中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，鐵氧體環(huán)則聚束磁場，這樣數(shù)據(jù)通過磁耦合傳輸?shù)酵馊β菪炀€，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效耦合和小型化?；诮鼒鲴詈系男⌒突菪炀€系統(tǒng)可等效為變壓器模型，通過改變電感和電容實現(xiàn)內(nèi)圈、外圈螺旋天線頻率的諧振，通過系統(tǒng)調(diào)配增大品質(zhì)因數(shù)，從而提高耦合效率。直徑較小的線圈在其中心產(chǎn)生較大的磁場強度，而且隨著內(nèi)圈螺旋和外圈螺旋之間距離的減小或增大，磁場強度呈現(xiàn)非線性增大或減小。

本發(fā)明優(yōu)點是體積小、頻帶較寬、衰減較小、能很好地實現(xiàn)近距離的數(shù)據(jù)傳輸。鐵氧體環(huán)實現(xiàn)螺旋天線系統(tǒng)的小型化；螺旋天線系統(tǒng)的諧振頻率可根據(jù)內(nèi)圈、外圈螺旋天線的物理尺寸、匝數(shù)、等螺距或非等螺距等進行調(diào)節(jié)，而且工作頻帶較寬；小型化內(nèi)圈、外圈螺旋天線實現(xiàn)近距離磁場耦合，增大耦合效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明未加載圓柱型鐵氧體環(huán)時的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明內(nèi)、外圈螺旋天線結(jié)構(gòu)示意圖，圖中a為等螺距，b為非等螺距。

具體實施方式