一种基于不完整AMC结构实现定向辐射的纽扣天线

一种基于不完整amc结构实现定向辐射的纽扣天线
技术领域
1.本发明涉及射频天线技术领域，尤其涉及一种基于不完整amc结构实现定向辐射的纽扣天线。


背景技术：

2.随着可穿戴技术的发展，体域网的研究推动着沿体表定向辐射天线的研究。因此，本专利就是在此基础上，通过采用不完整amc结构技术，对适合此应用的纽扣天线进行研究，实现了其低剖面和小面积天线特征上电磁波沿着体表方向的定向辐射。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种基于不完整amc结构实现定向辐射的纽扣天线，旨在解决不增加纽扣天线横向尺寸的前提下，实现定向辐射的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种基于不完整amc结构实现定向辐射的纽扣天线，包括顶部圆形介质、纽扣天线结构、底部圆形介质、全织物介质基板、导电织物底板、导电织物微带线和不完整amc结构，从上到下依次设置所述顶部圆形介质、所述纽扣天线结构、所述底部圆形介质、所述全织物介质基板，所述导电织物微带线嵌入所述全织物介质基板的顶部，并位于所述底部圆形介质的侧面，所述不完整amc结构设置于所述顶部圆形介质与所述部圆形介质之间；
5.所述纽扣天线包括介质柱和金属柱，所述顶部圆形介质、所述介质柱、所述金属柱和所述底部圆形介质依次连接。
6.其中，所述金属柱底端嵌入所述底部圆形介质中，所述金属柱的顶端插入所述介质柱，并与所述顶部圆形介质抵持。
7.其中，所述全织物介质基板的介电常数为1.6，损耗角正切为0.02。
8.其中，所述不完整amc结构距离所述金属柱边缘3.5mm。
9.本发明的有益效果：在不额外增加纽扣天线横向尺寸的条件下，通过添加所述不完整amc结构使纽扣天线由原来的全向辐射变为了定向辐射，在减小后向辐射的同时提高了可穿戴纽扣天线的增益。
附图说明
10.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明提供的一种基于不完整amc结构的定向纽扣天线的三维结构示意图。
12.图2是图1的侧视图。
13.图3是图1的俯视图。
14.图4是本发明提供的amc单元结构示意图。
15.图5是本发明提供的不完整amc结构示意图。
16.图6是本发明提供的amc单元的反射系数及其实部和虚部随频率变化的示意图。
17.图7是本发明提供的amc单元的反射相位随频率变化的示意图。
18.图8是本发明提供的一种基于不完整amc结构的定向纽扣天线的反射系数随频率变化的示意图。
19.图9是本发明提供的一种基于不完整amc结构的定向纽扣天线与未加载不完整amc结构的纽扣天线方向图对比图。
20.图10是本发明提供的一种基于不完整amc结构的定向纽扣天线e面极坐标远场辐射图。
21.图11是本发明提供的一种基于不完整amc结构的定向纽扣天线h面极坐标远场辐射图。
22.1-顶部圆形介质、2-纽扣天线结构、3-底部圆形介质、4-全织物介质基板、5-导电织物底板、6-导电织物微带线、7-不完整amc结构、21-介质柱、22-金属柱。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.请参阅图1至图4，所述基于不完整amc结构7实现定向辐射的纽扣天线，包括顶部圆形介质1、纽扣天线结构2、底部圆形介质3、全织物介质基板4、导电织物底板5、导电织物微带线6和不完整amc结构7，从上到下依次设置所述顶部圆形介质1、所述纽扣天线结构2、所述底部圆形介质3、所述全织物介质基板4，所述导电织物微带线6嵌入所述全织物介质基板4的顶部，并位于所述底部圆形介质3的侧面，所述不完整amc结构7设置于所述顶部圆形介质12与所述底部圆形介质3之间；
26.所述纽扣天线包括介质柱21和金属柱22，所述顶部圆形介质1、所述介质柱21、所述金属柱22和所述底部圆形介质3依次连接。
27.进一步地，所述金属柱22底端嵌入所述底部圆形介质3中，所述金属柱22的顶端插入所述介质柱21，并与所述顶部圆形介质1抵持。
28.进一步地，所述全织物介质基板4的介电常数为1.6，损耗角正切为0.02。
29.进一步地，所述不完整amc结构7距离所述金属柱22边缘3.5mm。
30.具体的，所述全织物介质基板4采用全织物介质，介质性能好，介电参数为1.6，损耗角正切为0.02。所述全织物介质基板4的厚度为1.5mm，长度为28mm，宽度为20mm，此尺寸突出了天线的小型化。
31.所述金属柱22向上与所述介质柱21相接，且半径相较于所述介质柱21略小；向下嵌入所述底部圆形介质3中，所述底部圆形介质3对所述金属柱22具有一定的固定作用，并且介电常数为6.15的圆形介质起匹配作用。
32.所述顶部圆形介质1位于介质柱21之上，形成一个纽扣的形状，同时对介质柱21具有一定的固定作用。
33.所述不完整amc结构7位于由所述顶部圆形介质1和所述底部圆形介质3之间，并位于所述金属柱22和所述介质柱21组成的所述纽扣天线结构2的侧边，距所述金属柱22距离为3.5mm。所述不完整amc结构7厚度为1.3mm，介电常数为6.15，损耗为0.0045，且由不完整周期单元结构排列组成，形成一个完全反射面，实现了近距离的同相反射结构，这是形成纽扣天线定向辐射的关键。
34.所述微带线4位于靠近所述不完整amc结构7的一侧，大约为四分之一波长，从而起到匹配、馈电和巴伦的作用。
35.所述介质基板1的尺寸可以调整天线的匹配和增益。
36.请参阅图6，其是amc结构单元的发射系数及其实部和虚部随频率变化的示意图。对于amc结构而言，需要满足s11参数大于或等于-0.75db，且s11的实部接近1，虚部接近0，才可以实现近距离的全反射功能。可以看出，所设计的amc结构在5.8ghz ism带宽范围内满足其条件。
37.请参阅图7，其是amc结构反射相位随频率变化的示意图。可以看出，在谐振频率附近，反射相位为0。
38.请参阅图8，其是基于不完整amc结构的定向纽扣天线的反射系数随频率变化的示意图。可以看出，加载该结构后，天线匹配良好。
39.请参阅图9，其是基于不完整amc结构7的定向纽扣天线与未加载不完整amc周期结构的普通纽扣天线方向图对比图。可以看出，加载不完整amc结构7后，纽扣天线由原来的全向辐射变为定向辐射，并且增益提高了2.4dbi左右。
40.请参阅图10，其是基于不完整amc结构的定向纽扣天线e面的极坐标远场辐射图。可以看出，加载不完整amc结构7后，本专利所提的纽扣天线的后向辐射明显的减小。
41.请参阅图11，其是基于不完整amc结构的定向纽扣天线h面的极坐标远场辐射图。可以看出，加载所述不完整amc结构7后，本专利所提的纽扣天线由原来的全向辐射变为定向辐射。
42.相对于现有技术，该天线实现了整体高度为11mm的纽扣型结构，且在不额外增加纽扣天线横向尺寸的条件下，通过添加所述不完整amc结构7使纽扣天线由原来的全向辐射变为了定向辐射，在减小后向辐射的同时提高了可穿戴纽扣天线的增益。
43.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。