一种家用呼吸机的双曲缝隙通信天线的制作方法

1.本发明涉及无线通信中的天线技术领域，尤其涉及一种可应用于家用呼吸机的wlan/wimax多频段双曲缝隙天线。


背景技术：

2.随着无线通信技术的飞速发展，越来越多的通信协议不断涌现，传统的单频段天线已不能胜任这一发展趋势，能同时兼容多个协议标准的多频段天线已成为无线通信领域的研究热点之一。
3.主流的无线通信协议中，wlan标准涉及2.4ghz(2.4-2.485ghz)，5.2ghz(5.13-5.35ghz)和5.8ghz(5.725-5.825ghz)三个频段；wimax标准涉及2.5ghz(2.50-2.69ghz)，3.5ghz(3.30-3.70ghz)和5.5ghz(5.25-5.85ghz)。
4.目前市场上的家用呼吸机通信系统目前大多采用wifi通信标准，频段较窄(2.4-2.485ghz)，对于家用智能呼吸机较为庞大的数据采集和传输需求支撑度不足，并且普通的wifi通信天线产品体积较大，集成度不高，不利于小型化的设计需求。许多方案为了减少天线体积而牺牲了增益和带宽，使其不能完全覆盖wlan/wimax的工作频段要求。因此，在减小天线尺寸的同时仍保证其工作性能是一项十分有挑战的工作。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种家用呼吸机的双曲缝隙通信天线。
6.本发明所述天线包括介质板、接地面、接地面上两个曲线缝隙辐射单元，以及微带馈线；所述接地面位于介质板的一面；所述微带馈线位于介质板的另一面，所述微带馈线用于激励所述的两个曲线缝隙辐射单元；第一曲线缝隙辐射单元为内凹型，第二曲线缝隙辐射单元为之字型，第二曲线缝隙辐射单元一边嵌入所述第一曲线缝隙辐射单元的凹口；第二曲线缝隙辐射单元另一边与介质板齐平。
7.进一步说，所述第一曲线缝隙辐射单元包括依次连通的五个区域，第一区域通过第二区域与第三区域的上部连通，第三区域的下部通过第四区域与第五区域连通；第一区域的面积大于其他所有区域之和，其构成内凹型的主体部分。
8.进一步说，所述第二曲线缝隙辐射单元包括依次连通的三个区域，第六区域通过上部的第七区域与第八区域连通。
9.进一步说，所述第八区域嵌入所述第一曲线缝隙辐射单元的凹口。
10.进一步说，所述介质板为fr4基板，所述介质板的长度为60mm，所述介质板的宽度为15mm，所述介质板的厚度为1mm。
11.与现有技术相比本发明有益效果：本发明天线通过弯折曲缝技术可以进一步减小天线尺寸，同时，简单的结构和小型化的设计也能降低制造小型家用呼吸机通信系统成本和设计复杂度，具有很好的工程应用价值。
附图说明
12.图1是本发明天线正面结构示意图；
13.图2是本发明天线双曲缝隙辐射单元z局部放大图；
14.图3是本发明天线背面结构示意图；
15.图4是本发明天线的回波损耗；
16.图5是本发明天线的表面电流分布图；
17.图6(a)是本发明天线工作频段为2.45ghz的辐射方向图；
18.图6(b)是本发明天线工作频段为3.5ghz的辐射方向图；
19.图6(c)是本发明天线工作频段为5.8ghz的辐射方向图；
20.图7是本发明天线增益图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明作进一步说明。
22.如图1所示，本发明天线正面由接地面1以及在接地面上的两个曲线缝隙辐射单元msi 2和msii 3组成，这两个曲线缝隙辐射单元是本天线的主要辐射单元。这两个曲线缝隙辐射单元均为开口缝隙，位于整个天线的上半部分，并且相邻设置。
23.如图2所示，曲线缝隙辐射单元msi与介质板上边沿的距离为1mm，整体呈内凹型，它由依次连接的5个区域组成，它们是第一区域21(内凹型的主体部分)、第二区域22、第三区域23、第四区域24和第五区域25，第一区域21的尺寸为12
×
7mm2，第二区域22的尺寸为1
×
0.5mm2，第三区域23的尺寸为4
×
0.5mm2，第四区域24的尺寸为4.5
×
1mm2，第五区域25的尺寸为2
×
1mm2。
24.曲线缝隙辐射单元msii由依次连通的3个区域组成，整体呈之字型，它们是第六区域31、第七区域32、第八区域33；第六区域31的尺寸为8
×
0.5mm2，第七区域32的尺寸为3
×
1.5mm2，第八区域33的尺寸为5.5
×
5mm2。第八区域33嵌入所述第一曲线缝隙辐射单元的凹口，与第三区域23正对；第四区域24向第七区域32延伸，并止于第五区域25；第八区域33的开放端与介质板齐平，第一区域21的开放端也与介质板齐平；两个曲线缝隙辐射单元msi和msii之间的最小距离位于第一区域21和第六区域31之间，具体为0.5mm。通过上述设计，满足了饮水机通信天线结构简单、尺寸紧凑的要求。
25.如图3所示，本发明天线反面中间位置设有50欧姆的微带馈线，用来激励天线正面的两个曲线缝隙辐射单元。它的长度为14.7mm，宽为2mm；与介质板上边缘的距离为1.3mm，介电常数为4.3的fr4介质板厚度为1mm，尺寸为60
×
152mm。
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为了验证上述设计方案的可行性。接下来给出天线的回波损耗、电流分布、辐射方向图和增益的仿真、实测结果。仿真结果由cst瞬态求解器获得，实验数据由安捷伦8720et矢量网络分析仪测得。
[0029]
(1)回波损耗
[0030]
仿真和实测的回波损耗结果对比如图4所示，从仿真和实测的回波损耗结果图可以看出本发明天线成功地被激励出三种谐振模式。本发明天线在2.4ghz处获得了一个较窄
的阻抗带宽(2.40-2.50ghz)，在高频段处获得了两个较宽的阻抗带宽(3.30-4.75，5.04-6.24ghz)。它能够同时覆盖2.4/5.2/5.8-ghz wlan和3.5/5.5-ghz wimax工作频段。仿真和实测之间的偏差可能是受介质板的介电常数偏差以及加工误差的影响，但总体来说，实测结果跟仿真结果较为一致。
[0031]
(2)电流分布
[0032]
本发明天线分别在三个工作频段2.45ghz，3.5ghz和5.8ghz时的表面电流分布图由图5所示，可以观察到在这些频段的谐振模式是由不同的电流路径独立激发的。在2.45ghz和5.8ghz处的天线表面电流分布明显可以看出，电流分布主要在曲线缝隙msi周围，而天线表面电流在3.5ghz处主要分布在msii周围。
[0033]
(3)辐射方向图
[0034]
图6(a)至图6(c)展示了本发明天线在2.45ghz，3.5ghz和5.8ghz处的实测与仿真的辐射方向图，可以看出辐射方向图的仿真和实测结果在合理的误差范围内保持很好的一致性。由此图可知，在所有频带y-z面的辐射方向图都呈全向性。
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(5)天线增益
[0036]
本发明天线从2ghz到6ghz的峰值增益如图7所示，天线在三个频段2.45ghz，3.5ghz和5.8ghz的增益在1.6-5.4dbi之间，可以很好的满足大多数wlan/wimax的实际应用要求。
[0037]
综上，本发明设计了尺寸紧凑的双曲缝隙通信天线，通过两个相邻放置的曲线缝隙辐射单元激励出2.45ghz，3.5ghz和5ghz三个通信频段，可以完全覆盖2.4/5.2/5.8-ghz wlan和3.5/5.5-ghz wimax的频段标准，并具有良好的辐射特性。由于这两个曲线缝隙工作在λ/4的谐振模式，使得本发明天线可以满足家用呼吸机通信系统结构简单、尺寸紧凑的设计需求。