本發(fā)明涉及一種用于人體內外無線通信的植入天線，特別涉及一種結合平面和柔性介質的寬帶圓極化膠囊天線。

背景技術：

無線膠囊內窺鏡系統(tǒng)是個人健康診療系統(tǒng)中的代表性器件之一，能讓臨床醫(yī)生直接觀測人體消化道內圖像，其以便捷、無創(chuàng)、無痛、無交叉感染、不影響患者正常工作等優(yōu)點，在消化道疾病診斷及治療領域顯示了重要的研究意義及應用價值。其中，由于植入膠囊天線位置及方向的不可見性，如果采用兩個線極化天線進行信號從體內至體外的傳輸，很容易產生極化失配損耗，而圓極化天線可以接收任意極化的來波，而其輻射波也能被任意極化的天線收到。但是如果僅外部天線具有圓極化性能，則有3db的損耗不可避免。

圓極化的植入天線研究難度很大，大至人體及人體各部位的差異性，小至植入深度的變化都會對其性能產生影響，至今為止對圓極化植入天線的研究較少。2009年y.rahmat-samii領導的團隊提出偶極子膠囊天線，天線被設計在膠囊壁上以減小天線體積，其具有一定的圓極化性能，但是軸比性能依舊有待提高。c.r.liu在2014年提出了一個工作在ism頻段（以2.45ghz為中心頻點）的圓極化貼片天線，但就性能而言，軸比帶寬較窄，還可以進一步改進。同年，c.r.liu提出了上升螺旋形式的植入天線，獲得了較寬的軸比帶寬，但是其多層結構占據(jù)了較多空間。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種結合平面和柔性介質的寬帶圓極化膠囊天線，是一種應用于人體內部的具有寬頻帶圓極化特性的膠囊天線。該天線結合了置于膠囊內部的單層平面介質和貼合膠囊壁的柔性介質，不但充分利用膠囊壁降低了天線在膠囊內部占據(jù)的空間，更擴大了天線輻射口徑。此外，通過在介質底部加載環(huán)形槽實現(xiàn)了膠囊天線的寬帶圓極化性能。

本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

本發(fā)明提供一種結合平面和柔性介質的寬帶圓極化膠囊天線，該天線包括平面介質板、柔性介質板、第一和第二l形枝節(jié)、第一和第二金屬條帶以及金屬接地板，其中：

柔性介質板形成膠囊壁結構；第一和第二l形枝節(jié)共形附著在柔性介質板形成的膠囊內壁上；

平面介質板為圓形，其直徑與柔性介質板形成的膠囊壁內徑一致；平面介質板垂直于柔性介質板；

金屬接地板設置在平面介質板的下表面，金屬接地板上還設置有環(huán)形開口槽；

第一和第二金屬條帶設置在平面介質板的上表面，且第一和第二金屬條帶互相垂直；第一金屬條帶的一端與第一l形枝節(jié)連接，第二金屬條帶的一端與第二l形枝節(jié)連接；其中，第一金屬條帶與第一l形枝節(jié)連接的一端通過接地柱與金屬地連接；

該天線為同軸饋電，饋電點位于平面介質板的圓心處。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述第一和第二l形枝節(jié)的結構與尺寸均相同。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述第一和第二金屬條帶的交點與平面介質板的圓心重合。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述環(huán)形開口槽的圓心與平面介質板的圓心重合。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述第一和第二金屬條帶的結構與尺寸均相同。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述環(huán)形開口槽的開口位于第一金屬條帶與第一l形枝節(jié)連接的一端和第二金屬條帶與第二l形枝節(jié)連接的一端之間。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述環(huán)形開口槽的開口到第一金屬條帶的距離與其到第二金屬條帶的距離相同。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述第一l形枝節(jié)繞天線中心90度旋轉后與第二l形枝節(jié)重合。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述柔性介質板的介電常數(shù)為3.15，厚度為0.15mm。

作為本發(fā)明的進一步技術方案，所述平面介質板的介電常數(shù)為10.2，厚度為0.635mm。

本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果：

1）引入平面介質結合柔性介質的概念，減小天線在膠囊內部占據(jù)的空間，并擴大輻射口徑，根據(jù)膠囊環(huán)境滿足膠囊天線的特殊需求；

2）是采用正交金屬帶結構，結合非平衡饋電形式，得到較寬的軸比帶寬；

3）擴大天線輻射口徑，增加輻射效率；

4）增長電流路徑的同時，不多占據(jù)膠囊內部空間，更好得實現(xiàn)小型化；

5）在所需頻段形成兩個正交的模式，為圓極化性能鋪墊。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的側視圖；

圖3是本發(fā)明的俯視圖；

其中，1-柔性介質板，2-平面介質板，3-l形枝節(jié)，4-l形枝節(jié)，5-同軸饋電點，6-金屬接地板，7-環(huán)形開口槽，8-金屬條帶，9-金屬條帶，10-接地柱；

圖4是本發(fā)明的s參數(shù)和軸比仿真圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明：

本發(fā)明提出一種新型的結合平面和柔性介質的寬帶圓極化膠囊天線結構，如圖1、圖2和圖3所示，其適用于人體環(huán)境。結合膠囊特殊構造，采用柔性介質板1和平面介質板2的結合，柔性介質板1形成膠囊壁結構；平面介質板2呈圓形，其直徑與膠囊內徑尺寸一致。天線結構建立在柔性介質板1和平面介質板2兩種介質面上，柔性介質板1與平面介質板2垂直。天線采用同軸饋電，饋電點5位于平面介質板2的圓心處。

一對圍繞中心點旋轉90度的l形枝節(jié)3、4共形附著在柔性介質板1的內表面，l形枝節(jié)3、4的結構與尺寸相同。平面介質板2的下表面設置有金屬接地板6，金屬接地板6上還設置有環(huán)形開口槽7。平面介質板2的上表面設置有一對互相垂直的金屬條帶8、9，金屬條帶8、9的一端分別與l形支節(jié)3、4連接，其中，金屬條帶9靠近膠囊壁的一端通過接地柱10與金屬接地板6連接，形成非平衡饋電。

進一步地，所述環(huán)形開口槽7的圓心與平面介質板的圓心重合，其開口位于第一金屬條帶與第一l形枝節(jié)連接的一端和第二金屬條帶與第二l形枝節(jié)連接的一端之間，且開口到第一金屬條帶的距離與其到第二金屬條帶的距離相同。

本發(fā)明的天線具有很好的寬帶圓極化性能，如圖4所示為本發(fā)明天線的s參數(shù)和軸比仿真圖。仿真過程中，柔性介質板1的外表面與高介電系數(shù)的人體組織接觸；平面介質板2與膠囊內部的空氣介質接觸。本發(fā)明中，金屬條帶8、9以及l(fā)形枝節(jié)3、4的尺寸決定了天線工作頻點；饋電點5和接地柱10的位置決定了天線的軸比性能。

以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內，因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種結合平面和柔性介質的寬帶圓極化膠囊天線，是一種應用于人體內部的具有寬頻帶圓極化特性的膠囊天線，放置于內窺鏡膠囊內部。該天線首先采用單層圓形Rogers介質基板，其直徑與膠囊直徑相同，通過底部同軸饋電。該基板上表面為互相垂直的兩根金屬帶，其中一根在靠近膠囊壁端短路接地，與同軸一起形成非平衡饋電方式。在此結構基礎上，基板上表面兩根金屬帶往膠囊壁延生出L形枝節(jié)，從而達到以下幾個效果：擴大天線輻射口徑，增加輻射效率；增長電流路徑的同時，不多占據(jù)膠囊內部空間，更好得實現(xiàn)小型化；在所需頻段形成兩個正交的模式，為圓極化性能鋪墊。

技術研發(fā)人員：許麗潔;常玉梅;湯一銘;李波
受保護的技術使用者：南京郵電大學
技術研發(fā)日：2017.04.10
技術公布日：2017.09.05