一種工作于ism頻段的差分饋電植入式圓極化天線(xiàn)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)學(xué)遙測(cè)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(xiàn)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)線(xiàn)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(xiàn)的發(fā)展,我們能做到即使沒(méi)有物理上肢體接觸,就能遠(yuǎn)程監(jiān)控患者病情。
[0003]通過(guò)利用圓極化技術(shù),在利用遠(yuǎn)場(chǎng)射頻連接遙測(cè)技術(shù)時(shí)能有效抑制多徑損耗及極化失配。相比線(xiàn)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(xiàn)越來(lái)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(yè)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(xiàn)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(xiàn)增益的降低,對(duì)天線(xiàn)的小型化設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)。
[0005]從目前的天線(xiàn)設(shè)計(jì)來(lái)看,軸比帶寬過(guò)低是限制植入天線(xiàn)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(hào)對(duì)信號(hào)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)生物醫(yī)學(xué)遙測(cè)天線(xiàn)技術(shù)存在的不足之處,本實(shí)用新型提供一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線(xiàn)。
[0007]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線(xiàn),包括上、下層介質(zhì)基板、天線(xiàn)輻射單元、對(duì)稱(chēng)同軸及地板,所述天線(xiàn)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(duì)稱(chēng)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(xiàn)輻射單元的對(duì)角線(xiàn)上,且關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)。
[0009]所述天線(xiàn)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(kāi)縫,所述正方形貼片中心開(kāi)槽。
[0010]所述正方形貼片中心開(kāi)槽為正方形,所述四條開(kāi)縫包括右上、左下、左上及右下開(kāi)縫,所述右上及左下開(kāi)縫關(guān)于正方形貼片中心對(duì)稱(chēng),所述左上及右下開(kāi)縫關(guān)于正方形貼片中心對(duì)稱(chēng)。
[0011]所述右上、左下、左上及右下開(kāi)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(kāi)縫比左上及右下開(kāi)縫的長(zhǎng)度長(zhǎng),具體為,右上及左下開(kāi)縫的長(zhǎng)度是6.2mm,左上及右下開(kāi)縫的長(zhǎng)度是3.75mm。
[0013]所述正方形貼片中心開(kāi)槽由帶一對(duì)三角形切角的正方形切槽構(gòu)成,所述正方形切槽邊長(zhǎng)是3.5mm,所述三角形切角平行邊長(zhǎng)是1mm,豎直邊長(zhǎng)是1.75mm。
[0014]所述地板為正方形,所述地板中心具有十字型開(kāi)槽,所述十字型開(kāi)槽具體是,在地板的兩條對(duì)角線(xiàn)上開(kāi)有垂直正交的兩條矩形開(kāi)縫,所述兩條矩形開(kāi)縫的長(zhǎng)度均為5mm,寬度均為1.1mm。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]本實(shí)用新型地板開(kāi)槽的應(yīng)用能有效延長(zhǎng)電流路徑,使天線(xiàn)尺寸減小;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(shuō)明】
[0017]圖1(a)是本實(shí)用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖,圖1(b)是本實(shí)用新型的地板結(jié)構(gòu)示意圖,圖1(c)是本實(shí)用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型及一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線(xiàn)的仿真環(huán)境圖。
[0019]圖3是本實(shí)用新型及一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線(xiàn)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)分別是本實(shí)用新型在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(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明,但本實(shí)用新型的實(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(xiàn),包括上、下層介質(zhì)基板1A、1B、天線(xiàn)輻射單元2、對(duì)稱(chēng)同軸及地板4,所述天線(xiàn)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(xiàn)輻射單元2由四條對(duì)稱(chēng)開(kāi)縫(5A、5B、6A、6B)及中心開(kāi)槽的正方形貼片構(gòu)成,所述地板在對(duì)角線(xiàn)上開(kāi)十字槽,所述天線(xiàn)在單層組織模型中仿真。
[0024]所述天線(xiàn)輻射單元2的正方形貼片在中心開(kāi)有一個(gè)具有對(duì)稱(chēng)三角形切角的正方形切槽,邊長(zhǎng)r = 3.5mm,所述正方形切槽的邊長(zhǎng)Lc = 9.3mm,所述對(duì)稱(chēng)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(xiàn)平行的直角邊長(zhǎng)p = 1.75mm,與中心垂直線(xiàn)垂直的直角邊長(zhǎng)t = 1mm。
[0025]本實(shí)用新型采用中心開(kāi)有正方形切槽,是因?yàn)槟苎娱L(zhǎng)電流有效路徑,使天線(xiàn)實(shí)現(xiàn)小型化,中心開(kāi)槽加邊長(zhǎng)長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)開(kāi)縫包括右下及左上開(kāi)縫6A、6B,長(zhǎng)度都是g = 6.2mm,寬度是w =0.4mm,左下及右上開(kāi)縫5B、5A,長(zhǎng)度都是m = 3.75mm,寬度是w = 0.4mm。且四條開(kāi)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(kāi)縫與正方形貼片水平中線(xiàn)平行,左下開(kāi)縫及右上開(kāi)縫與正方形貼片垂直中線(xiàn)平行。
[0027]本實(shí)用新型在正方形貼片上開(kāi)四條關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)的開(kāi)縫,是為了產(chǎn)生幅度相同的ΤΜ1(Γ^ ΤΜμ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(duì)角線(xiàn)上開(kāi)十字槽,所述十字槽是由兩條相同的開(kāi)槽7Α、7Β組成,長(zhǎng)度是kl = 5mm,寬度是wl = 1.lmrn。
[0029]本實(shí)用新型地板開(kāi)十字槽,可以延長(zhǎng)電流有效路徑,使天線(xiàn)尺寸減小。
[0030]所述對(duì)稱(chēng)同軸包括右上同軸8A、左下同軸8B,所述對(duì)稱(chēng)同軸位于地板與天線(xiàn)輻射單元之間,所述對(duì)稱(chēng)同軸8A、8B關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)。所述對(duì)稱(chēng)同軸分別與天線(xiàn)對(duì)稱(chēng)饋電端口相連。對(duì)稱(chēng)同軸的直徑是0.4mm。所述右上同軸8A位于所述天線(xiàn)輻射單元對(duì)角線(xiàn)上,與所述介質(zhì)基板中心垂直線(xiàn)距離d = 2.5mm。
[0031]所述介質(zhì)基板選用Rogers Ro3010,邊長(zhǎng)為L(zhǎng) = 9.8mm,厚度為0.635mm,相對(duì)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(xiàn)輻射單元上方,所述下層介質(zhì)基板1B介于天線(xiàn)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(zhǎng)。
[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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)植入人體皮膚模型中,所述天線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)的左旋極化比右旋極化大于15dB,說(shuō)明天線(xiàn)具有較好的交叉極化比。
[0037]該天線(xiàn)采用中心開(kāi)槽及地板開(kāi)槽,使電流有效路徑延長(zhǎng);長(zhǎng)度不同的對(duì)稱(chēng)開(kāi)縫及中心開(kāi)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(hào),且便于連接射頻集成電路輸入/輸出。
[0038]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式,但本實(shí)用新型的實(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實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化,均應(yīng)為等效的置換方式,都包含在本實(shí)用新型的保護(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(xiàn),其特征在于,包括上、下層介質(zhì)基板、天線(xiàn)輻射單元、對(duì)稱(chēng)同軸及地板,所述天線(xiàn)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(duì)稱(chēng)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(xiàn)輻射單元的對(duì)角線(xiàn)上,且關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)。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(xiàn),其特征在于,所述天線(xiàn)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(kāi)縫,所述正方形貼片中心開(kāi)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(xiàn),其特征在于,所述正方形貼片中心開(kāi)槽為正方形,所述四條開(kāi)縫包括右上、左下、左上及右下開(kāi)縫,所述右上及左下開(kāi)縫關(guān)于正方形貼片中心對(duì)稱(chēng),所述左上及右下開(kāi)縫關(guān)于正方形貼片中心對(duì)稱(chēng)。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(xiàn),其特征在于,所述右上、左下、左上及右下開(kāi)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(xiàn),其特征在于,所述右上及左下開(kāi)縫比左上及右下開(kāi)縫的長(zhǎng)度長(zhǎng),具體為,右上及左下開(kāi)縫的長(zhǎng)度是6.2mm,左上及右下開(kāi)縫的長(zhǎng)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(xiàn),其特征在于,所述正方形貼片中心開(kāi)槽由帶一對(duì)三角形切角的正方形切槽構(gòu)成,所述正方形切槽邊長(zhǎng)是3.5mm,所述三角形切角平行邊長(zhǎng)是1mm,豎直邊長(zhǎng)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(xiàn),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(kāi)槽,所述十字型開(kāi)槽具體是,在地板的兩條對(duì)角線(xiàn)上開(kāi)有垂直正交的兩條矩形開(kāi)縫,所述兩條矩形開(kāi)縫的長(zhǎng)度均為5mm,寬度均為1.1mm。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種工作于ISM頻段的差分饋電植入式圓極化天線(xiàn),包括上、下層介質(zhì)基板、天線(xiàn)輻射單元、對(duì)稱(chēng)同軸及地板,所述天線(xiàn)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(duì)稱(chēng)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(xiàn)輻射單元的對(duì)角線(xiàn)上,且關(guān)于介質(zhì)基板中心對(duì)稱(chēng)。本實(shí)用新型能有效延長(zhǎng)電流路徑,使天線(xiàn)尺寸縮小,產(chǎn)生圓極化,能有效抑制信號(hào)多徑損耗及極化失配。本實(shí)用新型具有尺寸小、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(lèi)】H01Q1/48, H01Q1/50, H01Q1/38
【公開(kāi)號(hào)】CN205069871
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520838749
【發(fā)明人】劉雄英, 李兵, 楊賢濤
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日