本實(shí)用新型涉及電小環(huán)天線的
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體地說(shuō)，涉及一種微型無(wú)線傳感器內(nèi)電小環(huán)天線。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出，涌現(xiàn)了大量的微型傳感器、穿戴式設(shè)備及智能硬件等。與傳統(tǒng)天線的應(yīng)用場(chǎng)合相比，微型傳感器對(duì)天線小型化要求更高，一方面，由于傳感器體積小且內(nèi)置電池容量有限，使用較低的ISM頻段300MHz～3GHz可以減小通信傳播損耗，但這個(gè)頻段波長(zhǎng)在0.1～1米，一般是傳感器尺寸的50～100倍；另一方面，由于天線凈空間的減小，內(nèi)置在傳感器封裝內(nèi)的天線已屬于電小天線范疇，HaroldA.Wheeler將電小天線定義為電感、電容或二者組合的諧振回路，在諧振時(shí)回路僅有少量能量輻射出去，因此電小天線品質(zhì)因素受尺寸約束，一般較大。電小天線高Q值特性使設(shè)計(jì)能夠內(nèi)置在傳感器內(nèi)部的天線更具有挑戰(zhàn)，因此將天線集成到智能設(shè)備中使其小型化成為工業(yè)界的現(xiàn)實(shí)需求。傳統(tǒng)天線設(shè)計(jì)需要天線尺寸與波長(zhǎng)可比擬（1/4,1/8波長(zhǎng)），通過(guò)使用一些常見(jiàn)的手段可以有效減少天線尺寸，現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，1994年McLeanJS在IEEEInternationalSymposiumonElectromagneticCompatibility發(fā)表題為“TheRadiativePropertiesofElectrically-smallAntennas”的文章，在該文章中電小天線品質(zhì)因素受尺寸約束，一般較大。目前實(shí)現(xiàn)電小天線的方法主要有：2011年C.Occhiuzzi,C.Paggi,andG.Marrocco在IEEETransactionsonAntennasandPropagations發(fā)表題為“PassiveRFIDstrain-sensorbasedonmeander-lineantennas”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的尺寸與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。2011年Q.Luo,J.R.Pereira,H.M在IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters發(fā)表題為“Salgado.CompactprintedmonopoleantennawithchipinductorforWLAN”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的加載。2005年R.W.ZiolkowskiandA.D.Kipple在PhysicalReview發(fā)表題為“Reciprocitybetweentheeffectsofresonantscatteringandenhancedradiatedpowerbyelectricallysmallantennasinthepresenceofnestedmetamaterialshells”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的新型材料。2006年R.W.ZiolkowskiandA.D.Kipple在IEEETransactionsonAntennasandPropagation發(fā)表題為“Erentok.Metamaterial-basedefficientelectricallysmallantennas”的文章，在該文章中提出了實(shí)現(xiàn)電小天線的新型材料。對(duì)于陶瓷基材天線，2012年R.W.ZiolkowskiandA.D.Kipple在IEEEAntennasandWirelessPropagationLetters發(fā)表題為“Antennadesignof60-Ghzmicro-radarsystemin-packagefornoncontactvitalsigndetection”的文章，在該文章中提出了陶瓷基材天線一般適用于高頻，低頻內(nèi)設(shè)計(jì)較困難。針對(duì)434MHz天線的小型化，2013年WendongLiu在ElectricalDesignofAdvancedPackagingandSystemsSymposium發(fā)表題為“AnovelminiaturizedantennaforISM433MHzwirelesssystem”的文章，在該文章中提出了利用加載大面積的垂直接地板的434MHz天線，尺寸大小為75×51mm，尺寸較大，不能工作在傳感器封裝內(nèi)。2013年AlbertSabban在IEEEInternationalConferenceonMicrowaves,Communications,AntennasandElectronicsSystems發(fā)表題為“CompactTunablePrintedAntennasforMedicalandCommercialApplications”的文章，在該文章中提出了通過(guò)開槽的偶極子加載天線，天線增益最高可達(dá)到2dBi，通過(guò)尺寸優(yōu)化天線最小尺寸可達(dá)5×5×0.05cm，可以用于傳感器封裝外，仍然不能加載到傳感器封裝中使用。2014年倪楊，葉明，王曉靜在電子測(cè)量技術(shù)發(fā)表題為“應(yīng)用于ISM頻段的小型雙頻微帶天線”的文章，在該文章中研究了雙頻ISM天線，盡管天線可以覆蓋ISM433.05~434.79MHz，2.4~2.5GHz兩個(gè)頻段，但是天線在434MHz天線增益較低，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)文中沒(méi)有給出效率測(cè)試使天線在實(shí)際工程使用中受限。本文主要采用集總加載與天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式來(lái)減小天線尺寸，在饋電端加載集總電感，在接地端加載集總電容，調(diào)節(jié)電容電感值大小使天線在434MHz獲得的良好匹配，同時(shí)通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高輻射電阻，提高天線輻射效率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，提供一種微型無(wú)線傳感器內(nèi)電小環(huán)天線，本文在電小環(huán)天線以及微帶天線的理論基礎(chǔ)上（約翰·克勞斯.天線.電子工業(yè)出版社，2013，第156-172頁(yè)），設(shè)計(jì)了一個(gè)矩形環(huán)天線，該微型無(wú)線傳感器內(nèi)電小環(huán)天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作容易，采用集總加載與天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方式來(lái)減小天線尺寸，在饋電端加載集總電感，在接地端加載集總電容，調(diào)節(jié)電容電感值大小使天線在434MHz獲得的良好匹配，同時(shí)通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高輻射電阻，提高天線輻射效率。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種用于可穿戴設(shè)備的天線裝置，其特征在于：所述天線裝置包括：基板，饋電端，接地端，所述基板為FR4介質(zhì)基板。所述的天線裝置，其特征在于：所述饋電端加載集總電感。所述的天線裝置，其特征在于：電容與電感均采用0603的封裝形式。所述的天線裝置，其特征在于：所述FR4介質(zhì)基板，其相對(duì)介電常數(shù)為，損耗正切值。所述的天線裝置，其特征在于：厚度為0.5mm。所述的天線裝置，其特征在于：枝節(jié)底部與寬度1mm的長(zhǎng)方體FR4介質(zhì)基板相連，基板相鄰兩面敷銅。所述的天線裝置，其特征在于：模型饋電處用50同軸線饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體與饋電點(diǎn)相連，外導(dǎo)體接到底端敷銅板上。所述的天線裝置，其特征在于：電容值為4pF±0.25pF，電感值20±3nH，電容值誤差控制在4pF±0.15pF范圍之內(nèi)，電感值誤差控制在20±2nH范圍之內(nèi)。所述的天線裝置，其特征在于：尺寸為0.02×0.001×0.02。所述的天線裝置，其特征在于：-10dB測(cè)試帶寬大于1%，輻射效率不低于20%，輻射方向圖近乎全向。天線測(cè)試系統(tǒng)為ETS8500Pro。本實(shí)用新型在環(huán)天線、微帶天線的基礎(chǔ)上，結(jié)合小型化技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款集總加載電小環(huán)天線。利用集總加載方式并對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，天線最終在僅有尺寸0.02×0.001×0.02的情況下實(shí)現(xiàn)-10dB測(cè)試帶寬大于1%，輻射效率不低于20%，輻射方向圖近乎全向。本實(shí)用新型的電小環(huán)天線具有良好的調(diào)諧性，更小的尺寸以及較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使天線可以有效封裝在傳感器、可穿戴設(shè)備、以及無(wú)線智能硬件中，具有很好的適用性。附圖說(shuō)明圖1示出了本實(shí)用新型的天線結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實(shí)施例1天線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過(guò)集總加載技術(shù)，在接地端加載了集總電容用于調(diào)節(jié)天線諧振頻率，在饋電端口加載集總電感調(diào)節(jié)阻抗匹配，電容與電感均采用0603的封裝形式，最后對(duì)天線輻射單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，在天線的另一端進(jìn)行同樣進(jìn)行“接地”處理，從而有效增長(zhǎng)電流路徑，進(jìn)而達(dá)到小型化的目的。表1天線各部分尺寸：（mm）abc181412CLd=e=f=g=h=i4pF21nH1天線各部分尺寸大小如表1所示。天線上半部分為主要輻射枝節(jié)，選用的是單面的FR4介質(zhì)基板，其相對(duì)介電常數(shù)為損耗正切值，厚度為0.5mm。枝節(jié)底部與寬度1mm的長(zhǎng)方體FR4介質(zhì)基板相連，基板相鄰兩面敷銅（y面和z面），結(jié)構(gòu)饋電處用50同軸線饋電，同軸線內(nèi)導(dǎo)體與饋電點(diǎn)相連，外導(dǎo)體接到底端敷銅板上。這樣天線就構(gòu)成了一個(gè)完整的閉環(huán)。設(shè)計(jì)的電小環(huán)天線阻抗特性顯示出容性特性，表現(xiàn)在電容值變化會(huì)導(dǎo)致天線的諧振頻率變化，具體是，電容值增大，諧振頻率較小，電容值減小，諧振頻率增大，同時(shí)也可以看出只需要將電容值誤差控制在4pF±0.15pF范圍之內(nèi)，天線可以在目標(biāo)頻段工作。與電容影響不同，電感值的微小改變并不會(huì)改變天線的諧振頻率，將電感值誤差控制在20±2nH，天線的回波損耗則滿足設(shè)計(jì)要求，且在實(shí)際工程中最終選取的電容值為4pF±0.25pF，電感值20±3nH，并對(duì)天線加工樣品。天線測(cè)試系統(tǒng)為ETS8500Pro。實(shí)測(cè)的回波損耗：-10dB帶寬從432-436MHz，測(cè)試帶寬1%左右，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的天線具有較好的阻抗匹配特性。天線輻射效率大于20%。天線表面電流形成完整閉環(huán)回路，天線的輻射方向圖與環(huán)天線近似。電流分布同時(shí)表明，接地端電流較大，良好的接地性能可以顯著提高天線的電流均勻分布，形成良好輻射。天線輻射方向近乎全向，方向圖測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。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)施方式并不受上述實(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)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3