[实用新型]一种基于人工磁导体结构的宽频带偶极子天线

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人体移动通信领域，具体涉及一种基于人工磁导体结构的宽频带偶极子天线。

背景技术

随着移动电子技术与超低功耗消费电子的结合，以及半导体无线收发器芯片和传感器的日趋小型化，人体局域网(BAN)可通过高速、短距离的无线技术实现体内的医疗器件与体外传感器的无线互连，并利用监测工具实时提供病人的健康数据。人体局域网系统在远程医疗、移动保健以及军事智能化等方面具有重要的作用。全球的医疗保健和健康诊疗手段正发生着快速的变化，支持远程实时检测和治疗的新服务将不断涌现，进而促进医疗服务发展到一个全新的水平。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。因此，基于超宽带技术的人体局域网天线设计具有重要意义。然而，由于其特殊的工作环境(体表/体内)的要求，我们在考虑天线回波损耗、增益等基本性能的同时，还要考虑天线的柔软性、低剖面、尺寸小、低辐射、以及人体对天线性能的影响等。现有的用于人体局域网的超宽带天线多数只具备了上述的部分性能。基于人体局域网天线的特殊要求，以及现有人体局域网超宽带天线的不足，我们设计了一款具有可穿戴、尺寸小、剖面低、宽频带、低辐射、高增益等性能的人体局域网天线。

传统的半波偶极子天线由两根直径和长度都相等的直导线组成，每根导线的长度为1/4个工作波长。导线的直径远小于工作波长，天线的激励加在天线中间的两个相邻端点上。平面印刷偶极子天线属于半波偶极子天线的变形，它是由印刷在介质基板表面的两条导体微带线组成。天线从两条导体微带线的中间馈电，且两条微带线上的电流流向相同。平面印刷偶极子天线具有低剖面、易加工、平面等优点，适用于要求天线厚度薄的场合，如植入式医疗备、穿戴式电子设备、小型娱乐设备等。

天线的小型化有多种方法，常见的有使用弯折天线结构、高介电常数的基质、堆叠天线结构以及多幅天线集成等方法来减小天线尺寸。天线辐射枝节的尺寸与工作波长的大小成正比，使用高介电常数基质，可以减小天线的实际工作波长，从而减小天线的尺寸。然而，高介电常数的基质一般质地坚硬，不适于柔性的人体局域网天线设计，且价格昂贵，不利于天线的低成本生产及其普遍适用性。堆叠天线结构是利用上、下贴片间的耦合激励或者直接激励的方式来增加电流路径，从而减小天线尺寸的方法。然而，这种方法往往会增加天线的厚度，不利于天线的低剖面设计。弯折天线结构是在同一平面上将天线结构进行弯曲折叠，这样能充分利用平面的空间，增加有效的电流路径长度，从而达到缩小天线尺寸的效果。

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°的相位带隙作为可用带隙。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。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供具有低剖面、宽频带、低辐射、高增益、柔性的一种基于人工磁导体结构的宽频带偶极子天线。

本实用新型采用如下技术方案：

一种基于人工磁导体结构的宽频带偶极子天线，包括偶极子天线和人工磁导体结构，所述偶极子天线由天线辐射枝节、弧形馈线和柔性介质基板构成，所述天线辐射枝节由4个S形枝节构成，分别为上、下、左、右S形枝节，所述上、下和左、右S形枝节分别关于柔性介质基板的中心点对称，其中上、左S形枝节及下、右S形枝节分别通过矩形贴片连接，所述上、左S形枝节位于柔性介质基板的正面，所述下、右S形枝节位于柔性介质基板的背面，所述弧形馈线通过矩形贴片与柔性介质基板正面的S形枝节相连，所述人工磁导体结构由人工磁导体柔性介质基板、刻蚀在人工磁导体柔性介质基板正面的周期性方形贴片单元及刻蚀在人工磁导体柔性介质基板背面的金属地板构成。

所述人工磁导体结构位于偶极子天线的正下方，垂直距离2mm。

所述4个S形枝节结构相同，由半圆贴片和渐窄的弧形贴片连接构成，所述渐窄的弧形贴片由大圆减去与其内切的小圆构成。