一種工作于ism頻段的差分饋電植入式圓極化天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物醫(yī)學(xué)遙測領(lǐng)域，具體涉及一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線。
【背景技術(shù)】
[0002]無線植入式裝置能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴眢w外部的衛(wèi)生醫(yī)療中心，可以幫助遠(yuǎn)在異地的醫(yī)生隨時(shí)診斷患者病情、提供更及時(shí)的治療。如今，由于植入式天線的發(fā)展，我們能做到即使沒有物理上肢體接觸，就能遠(yuǎn)程監(jiān)控患者病情。
[0003]通過利用圓極化技術(shù)，在利用遠(yuǎn)場射頻連接遙測技術(shù)時(shí)能有效抑制多徑損耗及極化失配。相比線極化，圓極化能降低數(shù)據(jù)傳輸誤碼率和減少極化失配。
[0004]近些年，植入式圓極化天線越來越成為研究熱點(diǎn)。聯(lián)邦通信委員會(huì)(FederalCommunicat1ns Commiss1n, FCC)已批準(zhǔn) ISM(Industrial Scientific Medical)步頁段
2.40-2.48GHz可用于植入式的工作頻段。然而，由于ISM屬于射頻波段，天線發(fā)射或接收的電磁波會(huì)由于人體組織造成嚴(yán)重的損耗，從而導(dǎo)致天線增益的降低，對天線的小型化設(shè)計(jì)帶來挑戰(zhàn)。
[0005]從目前的天線設(shè)計(jì)來看，軸比帶寬過低是限制植入天線應(yīng)用的一個(gè)重要因素，這是由于人體組織非均勻，電參數(shù)及質(zhì)量密度變化較大且各向異性，寬的軸比帶寬，更加適應(yīng)復(fù)雜的人體環(huán)境。采用差分結(jié)構(gòu)能有效降低共模信號對信號的影響，同時(shí)也便于與外部射頻器件輸入/輸出端口的連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)生物醫(yī)學(xué)遙測天線技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線，包括上、下層介質(zhì)基板、天線輻射單元、對稱同軸及地板，所述天線輻射單元位于兩層介質(zhì)基板中間，所述地板位于下層介質(zhì)基板的下方，所述對稱同軸包括右上同軸及左下同軸，所述右上同軸及左下同軸位于天線輻射單元的對角線上，且關(guān)于介質(zhì)基板中心對稱。
[0009]所述天線輻射單元由正方形貼片構(gòu)成，所述正方形貼片具有四條開縫，所述正方形貼片中心開槽。
[0010]所述正方形貼片中心開槽為正方形，所述四條開縫包括右上、左下、左上及右下開縫，所述右上及左下開縫關(guān)于正方形貼片中心對稱，所述左上及右下開縫關(guān)于正方形貼片中心對稱。
[0011]所述右上、左下、左上及右下開縫的形狀均為矩形，所述矩形寬度相同，都是
0.4mm0
[0012]所述右上及左下開縫比左上及右下開縫的長度長，具體為，右上及左下開縫的長度是6.2mm，左上及右下開縫的長度是3.75mm。
[0013]所述正方形貼片中心開槽由帶一對三角形切角的正方形切槽構(gòu)成，所述正方形切槽邊長是3.5mm，所述三角形切角平行邊長是1mm，豎直邊長是1.75mm。
[0014]所述地板為正方形，所述地板中心具有十字型開槽，所述十字型開槽具體是，在地板的兩條對角線上開有垂直正交的兩條矩形開縫，所述兩條矩形開縫的長度均為5mm，寬度均為1.1mm。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]本發(fā)明地板開槽的應(yīng)用能有效延長電流路徑，使天線尺寸減??；采用圓極化能抑制多徑損耗和極化失配；差分結(jié)構(gòu)能抑制共模噪聲，提高輻射效率，且便于連接到射頻集成電路輸入/輸出端口。
【附圖說明】
[0017]圖1 (a)是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖1 (b)是本發(fā)明的地板結(jié)構(gòu)示意圖，圖1 (c)是本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明及一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線的仿真環(huán)境圖。
[0019]圖3是本發(fā)明及一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線植入單層皮膚組織模型時(shí)的差分反射系數(shù)及軸比仿真圖。
[0020]圖4(a)及圖4(b)分別是本發(fā)明在xoz和yoz平面上實(shí)際增益仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0022]實(shí)施例
[0023]如圖1(a)?圖1(c)所示，一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線，包括上、下層介質(zhì)基板1A、1B、天線輻射單元2、對稱同軸及地板4，所述天線輻射單元位于兩層介質(zhì)基板中間，所述地板4位于下層介質(zhì)基板1B下表面，所述天線輻射單元2由四條對稱開縫(5A、5B、6A、6B)及中心開槽的正方形貼片構(gòu)成，所述地板在對角線上開十字槽，所述天線在單層組織模型中仿真。
[0024]所述天線輻射單元2的正方形貼片在中心開有一個(gè)具有對稱三角形切角的正方形切槽，邊長r = 3.5mm，所述正方形切槽的邊長Lc = 9.3mm,所述對稱切角包括分別位于所述中心切槽的右下切角3A及左上切角3B，所述右下切角3A與中心垂直線平行的直角邊長p = 1.75mm，與中心垂直線垂直的直角邊長t = 1mm。
[0025]本發(fā)明采用中心開有正方形切槽，是因?yàn)槟苎娱L電流有效路徑，使天線實(shí)現(xiàn)小型化，中心開槽加邊長長度不同的三角形切角，是用于產(chǎn)生90°的相位差，進(jìn)而產(chǎn)生圓極化。
[0026]所述四條對稱開縫包括右下及左上開縫6A、6B，長度都是g = 6.2mm,寬度是w =
0.4mm,左下及右上開縫5B、5A，長度都是m = 3.75mm,寬度是w = 0.4mm。且四條開縫距離坐標(biāo)軸的距離都是dl = 3.35mm，坐標(biāo)軸是指圖1中Χ0Υ軸，其中右下及左上開縫與正方形貼片水平中線平行，左下開縫及右上開縫與正方形貼片垂直中線平行。
[0027]本發(fā)明在正方形貼片上開四條關(guān)于介質(zhì)基板中心對稱的開縫，是為了產(chǎn)生幅度相同的TMi。與TMm兩種振蕩模，從而產(chǎn)生圓極化。
[0028]所述地板4為正方形，所述地板在對角線上開十字槽，所述十字槽是由兩條相同的開槽7A、7B組成，長度是kl = 5mm,寬度是wl = 1.lmrn。
[0029]本發(fā)明地板開十字槽，可以延長電流有效路徑，使天線尺寸減小。
[0030]所述對稱同軸包括右上同軸8A、左下同軸8B，所述對稱同軸位于地板與天線輻射單元之間，所述對稱同軸8A、8B關(guān)于介質(zhì)基板中心對稱。所述對稱同軸分別與天線對稱饋電端口相連。對稱同軸的直徑是0.4mm。所述右上同軸8A位于所述天線輻射單元對角線上，與所述介質(zhì)基板中心垂直線距離d = 2.5mm。
[0031]所述介質(zhì)基板選用Rogers Ro3010，邊長為L = 9.8mm，厚度為0.635mm，相對介電常數(shù)是10.2，損耗角正切是0.0035。
[0032]所述介質(zhì)基板包括上、下兩層薄的正方形基板1A、1B，所述上層介質(zhì)基板1A位于天線輻射單元上方，所述下層介質(zhì)基板1B介于天線輻射單元與地板之間。厚度遠(yuǎn)小于工作頻點(diǎn)的四分之一波長。
[0033]所述組織模型形狀是立方體，具體依據(jù)人體皮膚電磁特性進(jìn)行模擬仿真。
[0034]如圖2所示，所述用于體內(nèi)通信的工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線植入皮膚組織的深度是dp = 4mm,所述地板與皮膚組織下表面距離是20mm。
[0035]如圖3所示，所述天線置于立方體人體組織模型中，差分反射系數(shù)小于-10dB的頻率范圍是2.38-2.49GHzο軸比小于3dB的范圍是2.37-2.50GHz。差分反射系數(shù)和軸比帶寬都覆蓋了 2.45GHz -1SM 頻段(2.40-2.48GHz)。
[0036]如圖4(a)?圖4(b)所示，當(dāng)所述天線植入人體皮膚模型中，所述天線在2.45GHz頻點(diǎn)時(shí)在兩個(gè)主平面的輻射方向圖。在此頻率下，天線輻射的最大增益是-22.7dBi。如圖4(a)所示，xoz平面在±30°內(nèi)的交叉極化比大于25dB，如圖4(b)所示，xoy平面在±30°內(nèi)的交叉極化比大于15dB。在主平面上天線的左旋極化比右旋極化大于15dB，說明天線具有較好的交叉極化比。
[0037]該天線采用中心開槽及地板開槽，使電流有效路徑延長；長度不同的對稱開縫及中心開槽上切角能激發(fā)圓極化；此外，差分饋電結(jié)構(gòu)能抑制共模信號，且便于連接射頻集成電路輸入/輸出。
[0038]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線，其特征在于，包括上、下層介質(zhì)基板、天線輻射單元、對稱同軸及地板，所述天線輻射單元位于兩層介質(zhì)基板中間，所述地板位于下層介質(zhì)基板的下方，所述對稱同軸包括右上同軸及左下同軸，所述右上同軸及左下同軸位于天線輻射單元的對角線上，且關(guān)于介質(zhì)基板中心對稱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分饋電植入式圓極化天線，其特征在于，所述天線輻射單元由正方形貼片構(gòu)成，所述正方形貼片具有四條開縫，所述正方形貼片中心開槽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的差分饋電植入式圓極化天線，其特征在于，所述正方形貼片中心開槽為正方形，所述四條開縫包括右上、左下、左上及右下開縫，所述右上及左下開縫關(guān)于正方形貼片中心對稱，所述左上及右下開縫關(guān)于正方形貼片中心對稱。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的差分饋電植入式圓極化天線，其特征在于，所述右上、左下、左上及右下開縫的形狀均為矩形，所述矩形寬度相同，都是0.4_。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的差分饋電植入式圓極化天線，其特征在于，所述右上及左下開縫比左上及右下開縫的長度長，具體為，右上及左下開縫的長度是6.2mm，左上及右下開縫的長度是3.75mm。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的差分饋電植入式圓極化天線，其特征在于，所述正方形貼片中心開槽由帶一對三角形切角的正方形切槽構(gòu)成，所述正方形切槽邊長是3.5mm，所述三角形切角平行邊長是1mm，豎直邊長是1.75mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差分饋電植入式圓極化天線，其特征在于，所述地板為正方形，所述地板中心具有十字型開槽，所述十字型開槽具體是，在地板的兩條對角線上開有垂直正交的兩條矩形開縫，所述兩條矩形開縫的長度均為5mm，寬度均為1.1mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線，包括上、下層介質(zhì)基板、天線輻射單元、對稱同軸及地板，所述天線輻射單元位于兩層介質(zhì)基板中間，所述地板位于下層介質(zhì)基板的下方，所述對稱同軸包括右上同軸及左下同軸，所述右上同軸及左下同軸位于天線輻射單元的對角線上，且關(guān)于介質(zhì)基板中心對稱。本發(fā)明能有效延長電流路徑，使天線尺寸縮小，產(chǎn)生圓極化，能有效抑制信號多徑損耗及極化失配。本發(fā)明具有尺寸小、軸比帶寬寬等優(yōu)點(diǎn)，適用于人體局域網(wǎng)通信領(lǐng)域。
【IPC分類】H01Q1/38, H01Q1/48, H01Q1/50
【公開號】CN105305069
【申請?zhí)枴緾N201510706436
【發(fā)明人】劉雄英, 李兵, 楊賢濤
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月26日