[发明专利]一种用于体域网的加载人工磁导体结构的双频天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，具体涉及一种用于体域网的加载人工磁导体结构的双频天线。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，人体周围的无线通信设备越来越多，人们对无线通信技术的应用需求也日益提高。无线人体局域网系统能够很好地满足体育、医疗、娱乐以及军事等领域对人生命体征进行实时测量与监控的需求，逐渐成为了下一代移动通信技术研究中的热点方向之一。无线人体局域网是附着在人体身上的一种网络，它是以人体为中心，由分布在人体表面或植入人体内部的传感器以及个人数据采集处理终端组成，以采集人体各种生理参数为目的。通过无线人体局域网，个人不仅可以和其身上携带的个人电子设备(如手机、PDA等)进行通信，还可以和其它数据通信网络终端进行通信，成为整个通信网络的一部分。体域网的关键技术之一是人体局域网天线的设计。人体局域网天线的开发与我们寻常使用的天线设备不同，除了人体形态变化对天线电磁波的传播带来影响外，还必须考虑人体本身这个非常复杂的电磁系统。人体由多种形状各异、电磁特性不同的生物组织构成，而且，大多数生物组织都是非均匀的有耗色散媒质，这些组织的电导率和介电常数等电参量是随着频率、温度、组织结构和含水量等的变化而变化的，这些特性与人体复杂的形体共同构成了天线电波传播的边界条件。同时，应用于人体局域网的天线也要减小天线对人体的辐射。因此，基于人体与天线的交互影响而进行设计的天线有着重要的意义。

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,其作用及辐射类似于偶极子。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、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。

人工磁导体结构是一种二维周期性排列的阵列结构，其本身不吸收能量，却能起到同向反射的作用。它是由位于基板上方的周期性结构和位于基板下方的地板构成。不同于理想导体结构的180°反射相位特性，人工磁导体结构的反射相位从-180°到180°变化，我们通常选取-90°到90°的相位作为可用带隙。如果使用具有180°反射相位的理想导体作为反射板，为了使入射信号与反射信号同向，反射板需要距离天线1/4个工作波长。然而，使用相位从-90°到90°变化的人工磁导体时，反射板距离天线的距离将小于1/4个工作波长，从而达到降低天线剖面的效果。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种用于体域网的加载人工磁导体结构的双频天线。

本发明采用如下技术方案：

一种用于体域网的加载人工磁导体结构的双频天线，包括双频环形印刷单极子天线及人工磁导体结构，所述人工磁导体结构位于双频环形印刷单极子天线的正下方，所述双频环形印刷单极子天线包括天线辐射单元、共面波导馈电结构和柔性介质基板，所述天线辐射单元包括上圆环贴片、下圆环贴片及椭圆形贴片，所述上圆环贴片与下圆环贴片的顶部连接，所述椭圆形贴片位于下圆环贴片内部，且与下圆环贴片顶部连接，所述共面波导馈电结构由地板及设置在地板中间位置的50Ω微带线构成，所述人工磁导体结构由人工磁导体介质基板、周期性排列的圆形贴片单元及刻蚀在人工磁导体介质基板背面的金属地板构成，所述周期性排列的圆形贴片单元刻蚀在人工磁导体介质基板的正面，所述天线辐射单元及共面波导馈电结构刻蚀在柔性介质基板的同一面。

所述上圆环贴片的内环半径为1.6mm，宽度为1mm,下圆环贴片的内环半径为11mm，宽度1.5mm。

所述圆形贴片单元由圆环贴片及位于圆环贴片内部的第三圆形贴片构成，所述第三圆形贴片与圆环贴片为同心圆。

所述50Ω微带线距离两侧地板的距离为0.05mm，所述50Ω微带线与下圆环贴片的底部连接。

所述圆环贴片的外环半径为32.5mm，第三圆形贴片的半径为17.5mm，所述第三圆形贴片与圆环贴片的内环距离为2mm。

本发明的有益效果：

(1)一般多辐射枝节是实现多频带天线的关键，该发明利用一个大圆环作为主辐射枝节，实现了双频工作，结构简单，避免了复杂枝节的使用；