專利名稱：一種基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺旋天線的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，短距離無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用也不斷深入。由于無(wú)線頻率資源的日益緊張，使短距離無(wú)線通信呈現(xiàn)出更廣泛的應(yīng)用前景。近場(chǎng)耦合通信就是短距離無(wú)線通信的重要方式之一。近場(chǎng)耦合通信系統(tǒng)一般是基于電感耦合方式，天線采用線圈的形式，即封閉式環(huán)形線圈，收發(fā)線圈通過(guò)電感耦合產(chǎn)生磁場(chǎng)，數(shù)據(jù)通過(guò)磁耦合建立鏈路，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在耦合的過(guò)程中，利用天線線圈產(chǎn)生的未輻射出去的交變磁能，相當(dāng)于天線的輻射近場(chǎng)情況。而鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物，將鐵氧體材料應(yīng)用于近場(chǎng)耦合的螺旋天線系統(tǒng)中可使天線系統(tǒng)小型化，從而提高耦合效率。螺旋天線有不同的形式，如中心匹配螺旋波束天線、非等距雙頻螺旋天線、四臂螺旋式天線等等。結(jié)構(gòu)是決定螺旋天線特性的關(guān)鍵。不同結(jié)構(gòu)形式的螺旋天線具有不同的特性。現(xiàn)有技術(shù)一般采用單層平面螺旋結(jié)構(gòu)(微帶結(jié)構(gòu))或傳統(tǒng)螺旋結(jié)構(gòu)。單層平面螺旋結(jié)構(gòu)頻帶很窄，而傳統(tǒng)螺旋結(jié)構(gòu)的重復(fù)性較差，也很難實(shí)現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此在小體積、近距離的通信環(huán)境中應(yīng)用受到限制。根據(jù)傳輸線理論，采用加載鐵氧體的小型化圓形多層平面式螺旋天線結(jié)構(gòu)可滿足近距離磁場(chǎng)耦合的通信要求?；诮鼒?chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)可等效為分布參數(shù)電路。發(fā)射多層平面式螺旋天線和接收多層平面式螺旋天線的磁場(chǎng)分布遵循右手螺旋關(guān)系且方向相同，層與層之間的線圈通過(guò)盲孔連接。改變多層平面螺旋天線各層線圈的外徑、內(nèi)徑、圈數(shù)、導(dǎo)線寬度和間距以及螺距(層與層之間的間距)、鐵氧體材料等就可改變螺旋天線系統(tǒng)的耦合電容和耦合電感，從而改變螺旋天線系統(tǒng)的諧振頻率和耦合效率，實(shí)現(xiàn)近距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕?biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)體積小，頻帶較寬，衰減較小，能很好地實(shí)現(xiàn)近距離的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是:
一種基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括發(fā)射多層平面式螺旋天線、接收多層平面式螺旋天線和圓柱型鐵氧體環(huán)；鐵氧體環(huán)加載于發(fā)射多層平面式螺旋天線和接收多層平面式螺旋天線之間且與兩個(gè)多層平面螺旋天線同軸，兩個(gè)多層平面式螺旋天線可同軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)；信號(hào)從發(fā)射多層平面式螺旋天線輸入、接收多層平面式螺旋天線輸出；實(shí)現(xiàn)螺旋天線系統(tǒng)的近場(chǎng)耦合和小型化。其中，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線與接收多層平面式螺旋天線結(jié)構(gòu)一致、尺寸相同且對(duì)稱設(shè)置，多層平面式螺旋天線的層與層之間設(shè)有介質(zhì)材料，外層設(shè)有金屬接地板；層與層之間的線圈通過(guò)盲孔首尾連接，并由介質(zhì)材料封裝外圍。其中，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線的直徑為3.5 mm IOmm,螺距為0.35mm
0.5mm,螺旋導(dǎo)線寬度為0.1mm 0.3mm,間距為0.1mm 0.3mm,發(fā)射天線的長(zhǎng)度不超過(guò)2mm o其中，所述鐵氧體環(huán)的外徑為5 7mm,內(nèi)徑為3 4mm,長(zhǎng)度為Imm 2mm。其中，所述螺旋天線系統(tǒng)的三個(gè)諧振頻率介于2(T500MHz。工作時(shí)近距離數(shù)據(jù)通信在這三個(gè)頻率進(jìn)行。其中，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線和接收多層平面式螺旋天線可同軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其中，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線和接收多層平面式螺旋天線的金屬導(dǎo)線材料是銅、銀或金；所述介質(zhì)材料為FR4環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯；所述鐵氧體環(huán)的材料是鎳鋅鐵氧體。本發(fā)明中，發(fā)射多層平面式螺旋天線和接收多層平面式螺旋天線的磁場(chǎng)分布遵循右手螺旋關(guān)系且方向相同，層與層之間的線圈通過(guò)盲孔首尾連接。本發(fā)明提供的基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)近距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)從發(fā)射多層平面式螺旋天線輸入時(shí)，發(fā)射多層平面式螺旋天線產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)穿過(guò)接收多層平面式螺旋天線，并在接收多層平面式螺旋天線中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，鐵氧體環(huán)則聚束磁場(chǎng)，這樣數(shù)據(jù)通過(guò)磁耦合傳輸?shù)浇邮斩鄬悠矫媸铰菪炀€，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效耦合和小型化?；诮鼒?chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)可等效為分布參數(shù)電路，通過(guò)改變電感和電容實(shí)現(xiàn)小型化圓形多層平面式螺旋天線頻率的諧振，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)配增大品質(zhì)因數(shù)，從而提高耦合效率。層數(shù)愈多、圈數(shù)愈多，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度愈大，接收天線感應(yīng)的電壓愈大。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是體積小、頻帶較寬、衰減較小、能相對(duì)運(yùn)動(dòng)并很好地實(shí)現(xiàn)近距離的數(shù)據(jù)傳輸。多層平面式螺旋實(shí)現(xiàn)螺旋天線系統(tǒng)的小型化；鐵氧體環(huán)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)聚束；多層平面式螺旋天線系統(tǒng)的諧振頻率可根據(jù)層數(shù)、每層圈數(shù)、螺距、線圈導(dǎo)線寬度和間距等進(jìn)行調(diào)節(jié)，而且工作頻帶較寬；小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)近距離磁場(chǎng)耦合，增大耦合效率。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖1的A-A處俯視 圖3為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)闡述本發(fā)明，但實(shí)施例不是對(duì)本發(fā)明的限制。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點(diǎn)都被包括在本發(fā)明中。實(shí)施例1 參閱圖3，本實(shí)施例提供一種基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，包括發(fā)射多層平面式螺旋天線1、接收多層平面式螺旋天線2和圓柱型鐵氧體環(huán)3 ;鐵氧體環(huán)3加載于發(fā)射多層平面式螺旋天線I和接收多層平面式螺旋天線2中間且與螺旋天線1、2同軸。工作時(shí)，信號(hào)從發(fā)射多層平面式螺旋天線I的同軸輸入端口 31輸入、接收多層平面式螺旋天線2的同軸輸出端口 32輸出，實(shí)現(xiàn)螺旋天線系統(tǒng)的近場(chǎng)耦合和小型化。本實(shí)施例中發(fā)射多層平面式螺旋天線I和接收多層平面式螺旋天線2的金屬導(dǎo)線材料為銅，介質(zhì)材料4為FR4環(huán)氧樹脂，鐵氧體環(huán)3的材料是鎳鋅鐵氧體。本實(shí)施例中發(fā)射多層平面式螺旋天線I有四層平面螺旋線圈，每層螺距SI為
0.394mm，第一層螺旋線圈11、第二層螺旋線圈12、第三層螺旋線圈13和第四層螺旋線圈14的圈數(shù)分別為5、8、8、8，線圈金屬導(dǎo)線的寬度為0.2mm,間距為0.2mm ;其中第一層螺旋線圈11的內(nèi)徑為6.8mm，外徑為10.8mm，第二層螺旋線圈12、第三層螺旋線圈13和第四層螺旋線圈14的內(nèi)徑為4.4_，外徑為10.Smm0層與層之間的線圈通過(guò)金屬盲孔首尾連接。同軸輸入端口 31的內(nèi)導(dǎo)體與第四層螺旋線圈14連接，外導(dǎo)體與金屬接地板51連接。本實(shí)施例中接收多層平面式螺旋天線2有四層平面螺旋線圈，每層螺距S2為
0.394mm，第一層螺旋線圈21、第二層螺旋線圈22、第三層螺旋線圈23和第四層螺旋線圈24的圈數(shù)分別為5、8、8、8，線圈金屬導(dǎo)線的寬度為0.2mm，間距為0.2mm ;其中第一層螺旋線圈21的內(nèi)徑為6.8mm，外徑為10.8mm，第二層螺旋線圈22、第三層螺旋線圈23和第四層螺旋線圈24的內(nèi)徑為4.4_，外徑為10.Smm0層與層之間的線圈通過(guò)金屬盲孔首尾連接。同軸輸出端口 32的內(nèi)導(dǎo)體與第四層螺旋線圈24連接，外導(dǎo)體與金屬接地板52連接。本實(shí)施例中介質(zhì)材料的外徑為11.2mm,長(zhǎng)度h1、h2均為2mm。鐵氧體環(huán)3的外徑為5mm,內(nèi)徑為3mm,長(zhǎng)度h3為2_。本實(shí)施例的三個(gè)諧振頻率為161MHz、201MHz、471MHz。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)具有尺寸更小、耦合效率更高、能很好地實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)耦合通信等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括發(fā)射多層平面式螺旋天線(I)、接收多層平面式螺旋天線(2)及圓柱型鐵氧體環(huán)(3);所述鐵氧體環(huán)(3)加載于發(fā)射多層平面式螺旋天線(I)和接收多層平面式螺旋天線(2)之間且與發(fā)射多層平面螺旋天線(I)及接收多層平面式螺旋天線(2)同軸；其中，信號(hào)從所述發(fā)射多層平面式螺旋天線(I)的同軸輸入端口(31)輸入、接收多層平面式螺旋天線(2)的同軸輸出端口(32)輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線(I)與接收多層平面式螺旋天線(2)結(jié)構(gòu)一致、尺寸相同且對(duì)稱設(shè)置，多層平面式螺旋天線的層與層之間設(shè)有介質(zhì)材料(4)，外層設(shè)有金屬接地板(5);層與層之間的線圈通過(guò)盲孔首尾連接，并由介質(zhì)材料(4)封裝外圍。
3.如權(quán)利要求1所述的基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線(I)的直徑Dl為3.5 mm I Imm,螺距SI為0.35mm 0.5mm,螺旋導(dǎo)線寬度為0.1mm 0.3mm,間距為0.1mm 0.3mm,封裝介質(zhì)材料的高度hi不超過(guò)2mm。
4.如權(quán)利要求1所述的基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，其特征在于，所述鐵氧體環(huán)(3)的外徑為5_ 7mm,內(nèi)徑為3_ 4mm,長(zhǎng)度h3為1_ 2_。
5.如權(quán)利要求1所述的基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，其特征在于，諧振頻率為20MHz 500MHz。
6.如權(quán)利要求1所述的基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線(I)和接收多層平面式螺旋天線(2)能夠同軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射多層平面式螺旋天線(I)和接收多層平面式螺旋天線(2)的金屬導(dǎo)線材料是銅、銀或金；所述介質(zhì)材料(4)為FR4環(huán)氧樹脂或聚四氟乙烯；所述鐵氧體環(huán)(3)的材料是鎳鋅鐵氧體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于近場(chǎng)耦合的小型化圓形多層平面式螺旋天線系統(tǒng)，包括發(fā)射多層平面式螺旋天線、接收多層平面式螺旋天線和圓柱型鐵氧體環(huán)，鐵氧體環(huán)加載于發(fā)射多層平面式螺旋天線和接收多層平面式螺旋天線之間且與兩個(gè)多層平面螺旋天線同軸，兩個(gè)多層平面式螺旋天線可同軸相對(duì)運(yùn)動(dòng)。信號(hào)從發(fā)射多層平面式螺旋天線輸入、接收多層平面式螺旋天線輸出。本發(fā)明具有尺寸小、頻帶較寬、耦合效率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01Q9/27GK103208675SQ20131010421
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月28日
發(fā)明者廖斌, 張歡, 王新剛, 馬寧 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)