一种共形馈电的TM模式可穿戴弧形介质谐振器天线的制作方法

本发明涉及共形可穿戴天线技术领域，特别涉及一种共形馈电的tm模式可穿戴介质谐振器天线。

背景技术：

随着无线通信技术的快速发展，物联网、无限体域网等通信新兴技术得到越来越多的关注，人们对无线通信设备的便携性要求也越来越高，各种可穿戴设备层出不穷，这就促使无线通信设备要朝着共形化方向发展。

目前国内外，对于可穿戴天线的研究，大多基于微带天线，主要是采用柔性基板如酰亚胺、相纸、聚乳酸等有机柔性介质或柔性纺织材料制作而成，其金属贴片应用柔性铜箔或者导电织物。这样的天线一般具有较小的体积和低剖面，多为附着在衣物之上，而且能较好和人体保持共形；

而相比于微带天线，介质谐振器天线拥有宽带宽、高极化纯度、高设计自由度、多辐射模式等诸多优点，可以进一步满足共形系统对天线性能的要求，但是，介质谐振器天线并未实际应用于弧形共形和可穿戴设备中。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种共形馈电的tm模式可穿戴弧形介质谐振器天线，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种共形馈电的tm模式可穿戴弧形介质谐振器天线，包括：介质谐振器1、馈线2、介质基板3和地板4；

所述地板4与介质谐振器1共形，介质谐振器1固定于介质基板3外表面中间，地板4材料为铜箔；

介质基板3内、外表面分别贴合覆盖地板4和介质谐振器1；

所述天线由馈线2馈电，馈线2位于介质基板3上表面，且延伸至介质谐振器1侧面与介质谐振器1共形，电磁波能量通过馈线2传导至介质谐振器1。

所述介质基板3采用陶瓷制成，介质基板3的相对介电常数是5.8，介质基板3为闭合环状用于手臂穿戴。

进一步地，介质谐振器1采用氧化铝陶瓷材料制成，相对介电常数12.3，其内径为40mm，厚度为10mm，弧度为60度，宽度为27mm。

进一步地，介质基板3厚度为2mm，内径38mm，宽度60mm。

进一步地，地板4宽度和环形介质基板4保持一致为60mm，弧度为80度。

进一步地，馈线2为铜微带线，馈线2分为介质基板3上和介质谐振器1上两部分；介质基板3上馈线2部分宽度为5.64mm，长为16.5mm,与介质谐振器1共形的馈线2部分宽度为5.00mm，高度为9.52mm。

与现有技术相比本发明的优点在于：

1.采用适合人体手腕尺寸的闭合环形介质基板，适用于可穿戴设备。

2.地板、介质谐振器都与介质基板共形，可应用于弯曲表面，共形结构使得在不增加额外的剖面尺寸的情况下，可以通过调节地板尺寸实现宽波束要求，低背瓣，高增益等性能要求也可由此法调整。

3.天线馈电时使馈电线路分为两个部分，介质基板表面馈线部分兼有装配对齐校准作用，使得制作加工变得容易。

4.该天线基于介质谐振器天线设计，总体结构简洁，地板，介质基板和介质谐振器都参与辐射，相比于传统的微带天线，拥有更宽的带宽。

附图说明

图1是本发明实例天线的全局视图；

图2是本发明实例天线的俯视图；

图3是本发明实例天线的侧视图；

图4是本发明实例天线分别在不同地板弧度尺寸下取得低背瓣、宽波束和高增益性能时的端口反射系数曲线图；

图5是本发明实例天线在不同地板弧度尺寸下取得低背瓣、宽波束和高增益性能时，在谐振频点的e面(宽度向)方向图；

图6是本发明实例天线在不同地板弧度尺寸下取得低背瓣、宽波束和高增益性能时，在谐振频点的h面(弧度向)方向图；

图7是本发明实例天线在谐振频点(2.45ghz)的e面/h面方向图仿真结果；

图8是本发明实例天线在谐振频点(2.45ghz)时，介质谐振器内磁场分布俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1至3所示，一种共形馈电的tm模式可穿戴弧形介质谐振器天线，包括：介质谐振器1、馈线2、介质基板3和地板4；

所述地板4与介质谐振器1共形，介质谐振器1固定于介质基板3外表面中间，地板2材料为铜箔；

介质基板3内、外表面分别贴合覆盖地板4和介质谐振器1；

所述天线由馈线2馈电，馈线2位于介质基板3上表面，且延伸至介质谐振器1侧面，电磁波能量通过馈线2传导至介质谐振器1。

介质谐振器1采用氧化铝陶瓷材料制成，相对介电常数12.3，其内径为40mm，厚度为10mm，弧度为60度，宽度为27mm。

介质基板3采用陶瓷材料，介质基板3的相对介电常数是5.8，厚度为2mm，介质基板3为闭合环状,内径38mm，宽度60mm。

地板4宽度和环形介质基板3保持一致为60mm，地板关于xoz面对对称，弧度为phig＝80度。

馈线2为铜微带线，馈线2分为介质基板3上和介质谐振器1上两部分；介质基板3上馈线2部分宽度为n＝5.64mm，长为m＝16.5mm,与介质谐振器1共形的馈线2部分宽度宽度为w＝5.00mm，高度为l＝9.52mm。从而使该天线与馈电结构良好匹配，使其工作于tm模式。

图4是是本发明实例天线在不同地板弧度尺寸时的端口s参数曲线的对比图，谐振频点为2.45ghz；可以看见，该共形馈电的可穿戴弧形介质谐振器天线在不同地板尺寸下，都具有较宽的带宽。

图5和图6分别是本发明实例天线在底板尺寸不同时，谐振频点的e面(宽度向)和h面(弧度向)方向图。可以看见，该天线在phig＝350度时半功率波瓣宽度为257度，同样可通过调整地板尺寸，来满足高增益或者低背瓣的要求。

图7是本发明实例天线在谐振频点的e面/h面方向图，可以看见该天线具有较好的线极化性能，交叉极化电平较低。

图8是本发明实例天线在谐振频点(2.45ghz)时，介质谐振器内磁场分布图，可以看到天线工作于tm^x11δ模式。

本发明实例通过将介质谐振器粘合在闭合环状的介质基板上，并在介质谐振器一侧表面共形馈电线与介质基板上馈电线连接组合，使得该天线与馈电结构良好匹配的同时，兼有装配对齐的功能；地板与介质基板共形，使得不额外增加天线剖面的情况下，地板尺寸仍具有很大的调整空间，从而获得高增益或宽波束等要求。

本领域的普通技术人员将会意识到，以上所述均为本发明的较佳实施例，意在进一步说明本发明，而非对其进行限定，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合均应在本发明的保护范围内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种共形馈电的TM模式可穿戴介质谐振器天线，包括：介质谐振器、地板、介质基板和馈线；所述地板与介质谐振器共形，介质谐振器固定于介质基板外表面中间，馈线位于介质基板上表面，且延伸至介质谐振器侧面与介质谐振器共形；介质基板内、外表面分别贴合地板和介质谐振器；所述天线由馈线馈电，然后电磁波能量通过馈线传导至介质谐振器。本发明的优点在于：基板为环状结构，属于可穿戴结构，应用领域广泛且应用场景灵活；共形结构，调节地板尺寸时不会增加额外的剖面大小，可以获得高增益/宽波束特性；相较微带天线拥有更宽的带宽；基板与介质谐振器上共形馈电线兼有装配对准作用，使得制作加工容易。

技术研发人员：潘锦;马伯远;黎亮;杨德强;刘贤峰;秦源
受保护的技术使用者：成都北斗天线工程技术有限公司;电子科技大学
技术研发日：2019.04.09
技术公布日：2019.06.14