天线结构及可穿戴设备的制作方法

本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种天线结构及可穿戴设备。

背景技术：

移动互联网的快速发展，随着5g正式商用，标志着万物互联时代的正式开启。可穿戴设备作为物联网应用的焦点，迎来了广阔的发展空间。为了研究人体局域网中可穿戴设备传播特性，特定成立了ieee802.15标准化组，并根据其工作模式的不同，将人体局域网中的通信分为：体内通信、体表通信和体外通信。而天线作为无线网络中发射和接收信号必不可少的设备必然成为了极其重要的研究关键点。

现有技术中的穿戴天线，考虑到人体健康问题，天线辐射功率应该尽可能的小；而考虑到穿戴天线作为人体局域网的重要组成部分，体外信道的质量与稳定性要求我们的信号质量尽可能好，需要更多考虑天线的增益、方向图等天线特性，这就导致现有技术不能很好地平衡天线的辐射功率和天线增益，导致天线性能较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种天线结构及可穿戴设备。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种天线结构，所述天线结构包括介质基底、辐射贴片及共面波导结构，所述共面波导结构包括馈电线以及接地面，所述辐射贴片贴附于所述介质基底的一面，所述馈电线及所述接地面贴附于所述介质基底的另一面，所述接地面上蚀刻有缝隙，所述馈电线设置于所述缝隙内。

在一种可选的实施方式中，所述共面波导结构的有效介电常数满足：

其中，εe为所述共面波导结构的有效介电常数，εr为介质基底的介电常数，h为所述介质基底的厚度，d为所述缝隙的宽度，k＝w/(w+2d)，w为所述馈电线的宽度。

在一种可选的实施方式中，所述馈电线的阻抗特征满足：

其中，z0为所述馈电线的阻抗特征，z01为共面波导结构的特征阻抗基准值，且k(k)表示第一类椭圆函数，k'(k)＝k(k')，ε0为空气的介电常数，c为光速，且

在一种可选的实施方式中，所述接地面的外边缘与所述介质基底的外边缘重合。

在一种可选的实施方式中，所述接地面的外边缘与所述介质基底的外边缘均为矩形。

在一种可选的实施方式中，所述馈电线为t型、u型、h型或者i型。

在一种可选的实施方式中，所述馈电线以及所述接地面均为金属贴片。

在一种可选的实施方式中，所述辐射贴片贴附于所述介质基底的中心区域。

在一种可选的实施方式中，所述介质基底为介电常数为1的环氧树脂。

第二方面，本申请实施例还提供了一种可穿戴设备，所述可穿戴设备包括上述任意一种实施方式所述的天线结构。

本申请实施例提供的天线结构及可穿戴设备，包括介质基底、辐射贴片及共面波导结构，共面波导结构包括馈电线以及接地面，辐射贴片贴附于介质基底的一面，馈电线及接地面贴附于介质基底的另一面，接地面上蚀刻有缝隙，馈电线设置于缝隙内。可以理解地，通过设置共面波导结构，使得其接地面可以反射辐射贴片辐射至人体表面的信号，从而在减小天线的背向辐射的同时，还可以通过反射作用增强天线的信号强度，从而保证天线的增益，既能减小对人体的辐射又能增大天线增益，实现了天线增益与背向辐射的平衡。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的天线结构处于第一视角的结构示意图。

图2示出了本申请实施例提供的天线结构处于第二视角的结构示意图。

图3示出了本申请实施例提供的天线结构截面图。

图4示出了本申请实施例提供的天线结构工作于目标频段(例如2.45ghz)时的回波损耗曲线仿真图。

图5示出了本申请实施例提供的天线结构工作于目标频率时的3d辐射仿真图。

图6示出了本申请实施例提供的天线结构工作于目标频率时的e面仿真图。

图标：100-天线结构；110-介质基底；120-辐射贴片；130-共面波导结构；132-接地面；134-馈电线。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本申请实施例提供了一种天线结构100，其能够较好地平衡天线增益与背向辐射。请参阅图1、2，为本申请实施例提供的天线结构100处于第一视角及第二视角的结构示意图。其中，该天线结构100包括介质基底110、辐射贴片120及共面波导结构130，共面波导结构130包括馈电线134以及接地面132，辐射贴片120贴附于介质基底110的一面，馈电线134及接地面132贴附于介质基底110的另一面，接地面132上蚀刻有缝隙，馈电线134设置于缝隙内。

其中，介质基底110用于安装辐射贴片120及共面波导结构130。在一种可选的实施方式中，该介质基底110可以为环氧树脂、fr-4环氧玻纤布、铁氟龙、聚四氟乙烯等材料制成的基板。具体材料选择可以根据实际需求进行选择。在一种可选的实施方式中，介质基底110为介电常数为1的环氧树脂。环氧树脂具有突出的尺寸稳定性和耐久性，且在较高频率下仍然具有良好的电绝缘性能。

辐射贴片120用于接收或发送电磁波信号，以便与其他设备进行通信。在一种可选的实施方式中，该辐射贴片120贴附于介质基底110的中心区域。可以理解地，通过将辐射贴片120设置于介质基底110的中心区域，可以使得辐射贴片120发散的信号由天线的中心向四周辐射，分布较为均匀。

请结合参阅图2及图3，该共面波导结构130包括馈电线134以及接地面132，且接地面132上蚀刻有缝隙，该馈电线134即安装于该缝隙内。

可以理解地，该接地面132可以反射辐射贴片120朝向人体表面辐射的信号，从而减少天线结构100的背向辐射，减轻信号对于人体的辐射；同时，其反射作用还能够降低回波损耗，达到增大天线结构100的增益的效果。

在一种可选的实施方式中，接地面132的外边缘与介质基底110的外边缘重合。这样设置的好处在于，可以在有限的体积中，尽可能增大接地面132的面积，从而尽可能地减少背向辐射。

需要说明的是，馈电线134以及接地面132可以采用金属材料制成。其中，金属材料可以为铜、铁、铝、锌、银、镍、铬或金属合金等导电材料。在一种可选的实施方式中，可以选用损耗低且较为经济的铜。

还需要说明的是，接地面132、介质基底110及馈电线134的形状及尺寸，需要根据天线结构100的目标工作频段决定，该接地面132的外边缘与介质基底110的外边缘可以为圆形、椭圆形等形状，该馈电线134可以为t型、u型、h型、i型或者任意形状。

在本申请实施例中，该接地面132的外边缘与介质基底110的外边缘可以均为矩形，该馈电线134可以为t型。采用t型的馈电线134，并通过设置其宽度等参数，可以使天线结构100在尺寸一定的情况下工作于2.45ghz频段内，达到缩小天线结构100尺寸的效果。

需要说明的是，通过设置上述缝隙、接地面132、介质基底110及馈电线134的尺寸，以及选择合适材料的介质基底110，即可以使天线结构100支持目标工作频率。

其中，馈电线134的阻抗特征满足：

其中，z0为馈电线134的阻抗特征，z01为共面波导结构130的特征阻抗基准值，εe为共面波导结构130的有效介电常数。

上式中，εe可以通过准静态方法计算：

其中，εr为介质基底110的介电常数，h为介质基底110的厚度，d为缝隙的宽度，k＝w/(w+2d)，w为馈电线134的宽度。

而z01即表征εr＝1时的共面波导特征阻抗，可通过以下算式进行计算：

其中，ε0为空气的介电常数，c为光速，k(k)表示第一类椭圆函数，k'(k)＝k(k')，因而：

经过分析可知，馈电线134的阻抗特征与介质基底110的介电常数、介质基底110的厚度、缝隙的宽度及馈电线134的宽度均关联。

在本申请实施例中，该天线结构100可是用于国际上公用的ism(industrialscientificmedical，工业的、科学的、医学的)频段2.45ghz(2.42ghz-2.485ghz)，并以2.45ghz作为目标频段，并结合上述特征阻抗的相关算式进行仿真，得到以下结果。

请参阅图4，为本申请实施例提供的天线结构100工作于目标频段(例如2.45ghz)时的回波损耗曲线仿真图。可以看出，天线结构100在2.45ghz处的回波损耗最小，具有较高的增益。

请参阅图5、6，分别为本申请实施例提供的天线结构100工作于目标频率时的3d辐射仿真图及e面仿真图。可以看出，辐射主要集中在天线正面，其背面辐射非常小，有着很强的方向性，有效地减小了天线辐射对人体的伤害，且天线最大方向上的辐射增益可达6.37db。

根据上述内容可知，本申请实施例提供的天线结构100，通过设置接地面132及馈电线134，可以有效降低背向辐射以及增强增益。

本申请实施例还提供了一种可穿戴设备，可穿戴设备包括上述任意一种实施方式的天线结构100。

综上所述，本申请实施例提供的天线结构100及可穿戴设备，包括介质基底110、辐射贴片120及共面波导结构130，共面波导结构130包括馈电线134以及接地面132，辐射贴片120贴附于介质基底110的一面，馈电线134及接地面132贴附于介质基底110的另一面，接地面132上蚀刻有缝隙，馈电线134设置于缝隙内。可以理解地，通过设置共面波导结构130，使得其接地面132可以反射辐射贴片120辐射至人体表面的信号，从而在减小天线的背向辐射的同时，还可以通过反射作用增强天线的信号强度，从而保证天线的增益，既能减小对人体的辐射又能增大天线增益，实现了天线增益与背向辐射的平衡。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。