[发明专利]一种仿生物学三频带单极子天线

说明书

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种仿生物学三频带单极子天线。

背景技术

当今社会，人口老龄化的速度越来越快，人们对生活质量的要求也越来越高，用于医疗健康领域的无线人体通信技术引起了人们极大的研究兴趣。人体局域网系统可以实时监测和传输人体生理数据，它在远程医疗、移动保健以及娱乐等方面具有重要的作用。天线作为人体局域网系统中必不可少的部分也具有重要的发展及应用前景。超宽带技术具有低发射功率、高数据传输率等特征，适用于人体局域网系统。超宽带的低频段3.1～4.9GHz以及高频段6.0～10.6GHz被用于穿戴式无线人体域网中。现有的超宽带(3.1～10.6GHz)人体局域网天线大都使用硬质板材，不易与人体共形，且覆盖了其他已有无线通信系统，如WiMAX(3.3～3.7GHz)、C波段卫星通信系统(3.7～4.2GHz)，这样将导致系统间的干扰，因此设计一款覆盖3.1～3.3GHz、4.2～4.9GHz和6～10.6GHz频段的天线具有非常重要的意义。

平面印刷单极子天线是指一种印刷在介质基板表面的导体微带线(通常其长度约为四分之一波长),其根部接馈线,其作用及反射类似于偶极子。平面印刷单极子天线具有低剖面、易加工、尺寸小等优点，适用于要求天线厚度薄，尺寸小的场合，如植入式医疗备、穿戴式电子设备、小型娱乐设备等。

天线有多种馈电方式，常用到的有同轴线馈电、微带线馈电和共面波导馈电等方式。共面波导结构是由中间50Ω微带线与两侧地板构成(微带线和地板位于基板同一侧)。此外，为了应对功耗问题，可以在平面波导结构的基板背面加上地板，这就形成了接地共面波导(Grounded Coplanar Waveguide，GCPW)结构。共面波导传输线有很多优点：

(1)导电片和地板位于同一侧，减少了制作难度，也消除了环绕和通孔的需求；

(2)色散低，辐射损失减少；

(3)与微带线结构相比，电子元件可以很容易的安装在共面波导传输线上方，亦即共面波导结构易集成到电路中；

(4)使用共面波导结构，就没有地板寄生不连续点的问题了，天线等可以工作在极高频段；

(5)因为印刷电路板上的走线之间总是有射频地结构，这样使用共面波导传输线可以达到很好的电路隔离效果。很多高隔离的射频开关，使用接地共面波导结构后，其隔离度可达60dB以上；

(6)除金属厚度和基板介电常数外，共面波导结构特征阻抗仅由导电片宽度及导电片与地板之间的缝隙决定，减少了设计难度。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种仿生物学三频带单极子天线。

本发明对3.1～3.3GHz、4.2～4.9GHz和6～10.6GHz频段的覆盖，并且该天线易与人体共形，适用于人体局域网系统。

该天线有效地实现了超宽带通信系统与其他无线通信系统的兼容。

本发明采用如下技术方案：

一种仿生物学三频带单极子天线，包括天线辐射单元、共面波导馈电部分及柔性介质基板，所述共面波导馈电部分由50Ω微带线和地板构成，所述50Ω微带线位于地板的中间位置，所述天线辐射单元由S形枝节、U形枝节及i形枝节构成；所述U形枝节由左侧枝节及右侧枝节构成，所述U形枝节的底部与50Ω微带线连接，所述S形枝节由两个半圆环构成，两个半圆环分别为上半圆环及下半圆环，所述下半圆环从U形枝节底部中点沿着右侧枝节方向与U形枝节相切，所述i形枝节加载在U形枝节和S形枝节之间。

所述上半圆环及下半圆环的半径相同。

所述i形枝节由椭圆贴片及圆贴片构成，所述圆贴片与椭圆贴片的顶端相连，所述椭圆贴片的底部与U形枝节相切，具体相切位置为：以椭圆贴片垂直地板放置时的中点为原点，逆时针旋转45度沿着右侧枝节方向与U形枝节相切。

所述右侧枝节为渐宽结构。

所述天线辐射单元及共面波导馈电部分刻蚀在柔性介质基板的同一侧。

所述S枝节的长度为17mm，所述U形枝节的左侧枝节高度为11.9mm，所述辐射贴片与地板的距离为0.6mm。

所述椭圆贴片的短半轴长度具体为1.7mm。

本发明的有益效果：

(1)本发明是小型的柔性平面结构，通过共面波导馈电，利用附加谐振枝节实现了三频段特性。在天线中引入S形枝节、U形枝节和i形枝节，以电压驻波比小于2为标准，天线覆盖了3.1～3.3GHz、4.2～4.9GHz和6～10.6GHz频段，实现了与其他无线通信系统的共存。