[發明專利]一種用于體域網的加載人工磁導體結構的雙頻天線

有效

• 申請號: 201410469354.0
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104269615B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉雄英;邸允會;吳澤濤
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q5/10;H01Q5/20;H01Q7/06;H01Q1/27;H01Q1/50;H01Q19/02
• 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

本發明涉及無線通信領域，具體涉及一種用于體域網的加載人工磁導體結構的雙頻天線。

背景技術

近年來，隨著無線通信技術的迅猛發展，人體周圍的無線通信設備越來越多，人們對無線通信技術的應用需求也日益提高。無線人體局域網系統能夠很好地滿足體育、醫療、娛樂以及軍事等領域對人生命體征進行實時測量與監控的需求，逐漸成為了下一代移動通信技術研究中的熱點方向之一。無線人體局域網是附著在人體身上的一種網絡，它是以人體為中心，由分布在人體表面或植入人體內部的傳感器以及個人數據采集處理終端組成，以采集人體各種生理參數為目的。通過無線人體局域網，個人不僅可以和其身上攜帶的個人電子設備(如手機、PDA等)進行通信，還可以和其它數據通信網絡終端進行通信，成為整個通信網絡的一部分。體域網的關鍵技術之一是人體局域網天線的設計。人體局域網天線的開發與我們尋常使用的天線設備不同，除了人體形態變化對天線電磁波的傳播帶來影響外，還必須考慮人體本身這個非常復雜的電磁系統。人體由多種形狀各異、電磁特性不同的生物組織構成，而且，大多數生物組織都是非均勻的有耗色散媒質，這些組織的電導率和介電常數等電參量是隨著頻率、溫度、組織結構和含水量等的變化而變化的，這些特性與人體復雜的形體共同構成了天線電波傳播的邊界條件。同時，應用于人體局域網的天線也要減小天線對人體的輻射。因此，基于人體與天線的交互影響而進行設計的天線有著重要的意義。

平面印刷單極子天線是指一種印刷在介質基板表面的導體微帶線(通常其長度約為四分之一波長)，其根部接饋線,其作用及輻射類似于偶極子。平面印刷單極子天線具有低剖面、易加工、尺寸小等優點，適用于要求天線厚度薄，尺寸小的場合，如植入式醫療、穿戴式電子設備、小型娛樂設備等。

天線有多種饋電方式，常用到的有同軸線饋電、微帶線饋電和共面波導饋電等方式。共面波導結構是由中間50Ω微帶線與兩側地板構成(微帶線和地板位于基板同一側)。此外，為了應對功耗問題，可以在平面波導結構的基板背面加上地板，這就形成了接地共面波導(Grounded?Coplanar?Waveguide，GCPW)結構。

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，本發明提供一種用于體域網的加載人工磁導體結構的雙頻天線。

本發明采用如下技術方案：

一種用于體域網的加載人工磁導體結構的雙頻天線，包括雙頻環形印刷單極子天線及人工磁導體結構，所述人工磁導體結構位于雙頻環形印刷單極子天線的正下方，所述雙頻環形印刷單極子天線包括天線輻射單元、共面波導饋電結構和柔性介質基板，所述天線輻射單元包括上圓環貼片、下圓環貼片及橢圓形貼片，所述上圓環貼片與下圓環貼片的頂部連接，所述橢圓形貼片位于下圓環貼片內部，且與下圓環貼片頂部連接，所述共面波導饋電結構由地板及設置在地板中間位置的50Ω微帶線構成，所述人工磁導體結構由人工磁導體介質基板、周期性排列的圓形貼片單元及刻蝕在人工磁導體介質基板背面的金屬地板構成，所述周期性排列的圓形貼片單元刻蝕在人工磁導體介質基板的正面，所述天線輻射單元及共面波導饋電結構刻蝕在柔性介質基板的同一面。

所述上圓環貼片的內環半徑為1.6mm，寬度為1mm,下圓環貼片的內環半徑為11mm，寬度1.5mm。

所述圓形貼片單元由圓環貼片及位于圓環貼片內部的第三圓形貼片構成，所述第三圓形貼片與圓環貼片為同心圓。

所述50Ω微帶線距離兩側地板的距離為0.05mm，所述50Ω微帶線與下圓環貼片的底部連接。

所述圓環貼片的外環半徑為32.5mm，第三圓形貼片的半徑為17.5mm，所述第三圓形貼片與圓環貼片的內環距離為2mm。

本發明的有益效果：

(1)一般多輻射枝節是實現多頻帶天線的關鍵，該發明利用一個大圓環作為主輻射枝節，實現了雙頻工作，結構簡單，避免了復雜枝節的使用；