[发明专利]一种应用于智能手表的波束扫描偶极子阵列天线

说明书

本发明公开了一种应用于智能手表的波束扫描偶极子阵列天线，包括正方形金属地，所述金属地上平面侧边均设有介质基板，所述介质基板垂直于金属地上表面且相互连接形成四周壁结构，所述介质基板上均印刷有相同的蜿蜒型偶极子阵元，所述蜿蜒型偶极子阵元在介质基板上居中排列，所述蜿蜒型偶极子阵元由多个偶极子单元折叠蜿蜒形成，其中两个相邻的偶极子单元之间设有馈电端口。本发明以功率传输效率最大化理论为基础，采用蜿蜒型偶极子作为阵列天线的单元，四个阵元工作频段仿真结果可以覆盖了蓝牙、WiFi、以及ISM频段，辐射增益高、辐射效率高、辐射模式多样，定向辐射模式在俯仰面可以实现波束扫描的功能，并具有很好的MIMO性能。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其是涉及一种应用于智能手表的波束扫描偶极子阵列天线。

背景技术

随着移动通信的快速发展和移动用户的快速增长，智能天线已被广泛认为是提高通信质量和频谱利用率的关键技术。可穿戴天线在医疗、军事等领域都有着巨大的应用价值。在医疗方面，可以把天线、传感器和医疗设备一起放置在人体身上，通过天线把检测到的数据传送到网络终端，以便医生可以实时监测病人身体状态；在军事领域，可将天线放置在士兵头盔或者背部，便于接收发送信号。除此之外，可穿戴天线在消防队员、运动员身上也能得到应用。因此可穿戴天线系统研发得到了学术界以及工业界的广泛关注。智能天线阵列可以产生空间定向波束，并可以自适应地将无线电信号引导到用户方向，而旁瓣和零点指向其他可能的干扰信号。

因此将智能与可穿戴相结合具有重要意义，现有智能手表天线辐射模式单一，不具有波束扫描的功能，并且很少考虑智能手表内部电子元件是否会对天线的性能造成影响，导致在实际应用上有局限性。

发明内容

发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明公开了一种应用于智能手表的波束扫描偶极子阵列天线。

技术方案：本发明的应用于智能手表的波束扫描偶极子阵列天线，包括正方形金属地，所述金属地上平面侧边均设有介质基板，所述介质基板垂直于金属地上表面且相互连接形成四周壁结构，所述介质基板上均印刷有相同的蜿蜒型偶极子阵元，所述蜿蜒型偶极子阵元在介质基板上居中排列，所述蜿蜒型偶极子阵元由多个偶极子单元折叠蜿蜒形成，其中两个相邻的偶极子单元之间设有馈电端口。

利用偶极子的方向图特征，采用印刷蜿蜒型偶极子作为阵元，将偶极子排列在介质基板上，由于基板上的等效波长要小于空气中波长，这样既有效减小了阵列天线的尺寸，且易于加工。

阵元的激励分布并不是等幅同相的，而是基于功率传输最大化理论优化得出。通过在远场特定位置(辐射方向)放置接收天线，优化所设计的发射天线与接收天线之间的传输效率，找到对应最大传输效率的一组发射天线的激励分布，这组激励就是设计发射天线所需要的最佳激励分布。通过射频电路馈电的方式将这组激励赋给相应的阵元，从而实现定向辐射的效果。整个过程所需散射参数可以由电磁仿真软件HFSS15.0得到。

进一步的，所述蜿蜒型偶极子阵元中偶极子单元蜿蜒折数为六折以上。

进一步的，所述蜿蜒型偶极子阵元中偶极子单元的上下高度一致，上端与介质基板的上边缘平齐，下端与金属地间隔相同距离。

进一步的，所述馈电端口设置在蜿蜒型偶极子阵元中第四折偶极子单元和第五折偶极子单元之间的上端部与介质基板上边缘平齐。

进一步的，所述介质基板为介电常数为4.4、损耗正切角为0.02、厚度为1.6mm的FR4材料。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：本发明以功率传输效率最大化理论为基础，采用蜿蜒型偶极子作为阵列天线的单元，四个阵元工作频段仿真结果可以覆盖了蓝牙、WiFi、以及ISM频段，辐射增益高、辐射效率高、辐射模式多样，定向辐射模式在俯仰面可以实现波束扫描的功能，并具有很好的MIMO性能。

附图说明