[發明專利]一種基于人工磁導體結構的寬頻帶偶極子天線

有效

• 申請號: 201410453680.2
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104269607B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉雄英;邸允會
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/50
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本發明涉及一種人體移動通信領域，具體涉及一種基于人工磁導體結構的寬頻帶偶極子天線。

背景技術

隨著移動電子技術與超低功耗消費電子的結合，以及半導體無線收發器芯片和傳感器的日趨小型化，人體局域網(BAN)可通過高速、短距離的無線技術實現體內的醫療器件與體外傳感器的無線互連，并利用監測工具實時提供病人的健康數據。人體局域網系統在遠程醫療、移動保健以及軍事智能化等方面具有重要的作用。全球的醫療保健和健康診療手段正發生著快速的變化，支持遠程實時檢測和治療的新服務將不斷涌現，進而促進醫療服務發展到一個全新的水平。天線作為人體局域網系統中必不可少的部分也具有重要的發展及應用前景。超寬帶技術具有低發射功率、高數據傳輸率等特征，適用于人體局域網系統。超寬帶的低頻段3.1～4.9GHz以及高頻段6.0～10.6GHz被用于穿戴式無線人體域網中。因此，基于超寬帶技術的人體局域網天線設計具有重要意義。然而，由于其特殊的工作環境(體表/體內)的要求，我們在考慮天線回波損耗、增益等基本性能的同時，還要考慮天線的柔軟性、低剖面、尺寸小、低輻射、以及人體對天線性能的影響等。現有的用于人體局域網的超寬帶天線多數只具備了上述的部分性能。基于人體局域網天線的特殊要求，以及現有人體局域網超寬帶天線的不足，我們設計了一款具有可穿戴、尺寸小、剖面低、寬頻帶、低輻射、高增益等性能的人體局域網天線。

傳統的半波偶極子天線由兩根直徑和長度都相等的直導線組成，每根導線的長度為1/4個工作波長。導線的直徑遠小于工作波長，天線的激勵加在天線中間的兩個相鄰端點上。平面印刷偶極子天線屬于半波偶極子天線的變形，它是由印刷在介質基板表面的兩條導體微帶線組成。天線從兩條導體微帶線的中間饋電，且兩條微帶線上的電流流向相同。平面印刷偶極子天線具有低剖面、易加工、平面等優點，適用于要求天線厚度薄的場合，如植入式醫療備、穿戴式電子設備、小型娛樂設備等。

天線的小型化有多種方法，常見的有使用彎折天線結構、高介電常數的基質、堆疊天線結構以及多幅天線集成等方法來減小天線尺寸。天線輻射枝節的尺寸與工作波長的大小成正比，使用高介電常數基質，可以減小天線的實際工作波長，從而減小天線的尺寸。然而，高介電常數的基質一般質地堅硬，不適于柔性的人體局域網天線設計，且價格昂貴，不利于天線的低成本生產及其普遍適用性。堆疊天線結構是利用上、下貼片間的耦合激勵或者直接激勵的方式來增加電流路徑，從而減小天線尺寸的方法。然而，這種方法往往會增加天線的厚度，不利于天線的低剖面設計。彎折天線結構是在同一平面上將天線結構進行彎曲折疊，這樣能充分利用平面的空間，增加有效的電流路徑長度，從而達到縮小天線尺寸的效果。

人工磁導體結構是一種二維周期性排列的陣列結構，其本身不吸收能量，卻能起到同向反射的作用。它是由位于基板上方的周期性結構和位于基板下方的地板構成。不同于理想導體結構的180°反射相位特性，人工磁導體結構的反射相位從-180°到180°變化，我們通常選取-90°到90°的相位帶隙作為可用帶隙。如果使用具有180°反射相位的理想導體作為反射板，為了使入射信號與反射信號同向，反射板需要距離天線1/4個工作波長。然而，使用相位從-90°到90°變化的人工磁導體時，反射板距離天線的距離將小于1/4個工作波長，從而達到降低天線剖面的效果。

發明內容

為了克服現有技術存在的缺點與不足，本發明提供具有低剖面、寬頻帶、低輻射、高增益、柔性的一種基于人工磁導體結構的寬頻帶偶極子天線。

本發明采用如下技術方案：

一種基于人工磁導體結構的寬頻帶偶極子天線，包括偶極子天線和人工磁導體結構，所述偶極子天線由天線輻射枝節、弧形饋線和柔性介質基板構成，所述天線輻射枝節由4個S形枝節構成，分別為上、下、左、右S形枝節，所述上、下和左、右S形枝節分別關于柔性介質基板的中心點對稱，其中上、左S形枝節及下、右S形枝節分別通過矩形貼片連接，所述上、左S形枝節位于柔性介質基板的正面，所述下、右S形枝節位于柔性介質基板的背面，所述弧形饋線通過矩形貼片與柔性介質基板正面的S形枝節相連，所述人工磁導體結構由人工磁導體柔性介質基板、刻蝕在人工磁導體柔性介質基板正面的周期性方形貼片單元及刻蝕在人工磁導體柔性介質基板背面的金屬地板構成。

所述人工磁導體結構位于偶極子天線的正下方，垂直距離2mm。

所述4個S形枝節結構相同，由半圓貼片和漸窄的弧形貼片連接構成，所述漸窄的弧形貼片由大圓減去與其內切的小圓構成。