[发明专利]一种低阻抗可形变柔性平面螺旋天线

说明书

本发明属于柔性天线技术领域，具体提供一种可形变的低阻抗柔性平面螺旋天线，包括柔性介质基底、以及设置于柔性介质基底上的天线辐射体，天线辐射体由宽度相同的等角螺旋线和自补型阿基米德螺旋线相连构成。本发明柔性平面螺旋天线具有拉伸性和形变能力，能够贴附于(如气球)球体表面，且形变后天线性能保持不变。本发明采用等角螺旋线降低天线本身的输入阻抗，柔性平面螺旋天线能够在形变后依旧在频率1.5GHz～4.5GHz上保持回波损耗小于‑10dB，轴比小于4，增益不小于3.5dB。

技术领域

本发明属于柔性天线技术领域，具体涉及一种可形变的低阻抗柔性平面螺旋天线。

背景技术

天线作为无线信号的发射和接收器件，一直是无线网络技术的重要研究对象；随着柔性电子器件的发展，传统的硬质天线因为在一定程度上无法适应柔性可穿戴设备而受到局限；而且硬质天线往往体积大、质量大，占用了很多空间并且不易携带。在此背景下，目前需要在传统硬质天线的基础上开发出新的柔性天线来适应现在的可穿戴设备、健康医疗用品等柔性电子器件；柔性天线不仅可以实现小型化，不占用过多的空间，而且可以实现一定程度的拉伸，不易损坏，这样既保证了信号的收发与接收也能方便携带。

柔性天线的制作一方面是从天线的材料着手，另一方面是找到适合的天线结构。目前，已经有很多成熟的柔性材料可以作为制作天线的材料，比如液体金属、金属丝线、碳纳米管、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PI(聚酰亚胺)等；天线往往采用单极子天线、偶极子天线和微带贴片天线等结构，将柔性基底材料与液态金属结合起来就能制作出柔性天线。但是对于这些天线结构，天线的工作频率与辐射振子的电长度有关，因此这些柔性天线在形变后会导致频率的变化，而在很多应用中需要天线在形变后依旧保持频率不变，所以要找到一个合适的非频变天线也是十分重要的。

阿基米德螺旋天线是1954年由特纳提出的具有宽频带圆极化特性的一种平面天线，它的结构简单，并且工作频率主要由天线的尺寸决定。自补型阿基米德螺旋天线的输入阻抗为188.5欧姆，对于硬质天线，平面阿基米德螺旋天线可以与巴伦阻抗变换器相连来解决阻抗的变换，但是对于柔性天线，传统巴伦平衡器无法与柔性天线相连，因为这会致使柔性天线失去柔韧性与拉伸性。因此，从平面螺旋天线本身的结构入手来降低天线的阻抗是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对以上问题，提供一种低阻抗可形变的柔性平面螺旋天线；本发明柔性平面螺旋天线的尺寸不大于400mm×400mm，工作频率为1.5GHz～4.5GHz，回波损耗S11小于-10dB，天线在形变后依旧可以在频率1.5GHz～4.5GHz上保持回波损耗小于-10dB，轴比小于4，增益不小于3.5dB。

为了实现以上目的，本发明采用技术方案为：

一种低阻抗可形变柔性平面螺旋天线，包括：柔性介质基底、以及设置于柔性介质基底上的天线辐射体；其特征在于，所述天线辐射体由内、外两部分组成，内部分为等角螺旋线，外部分为自补型阿基米德螺旋线；所述等角螺旋线与自补型阿基米德螺旋线相连、且宽度相同。

进一步的，所述天线辐射体采用SMA接头馈电，所述SMA接头与等角螺旋线的两个内螺线臂直接焊接。

进一步的，所述等角螺旋线的宽度为1～1.5mm，起始内径为1～2mm，角变换率为0.2～0.22，圈数为2～3圈。

进一步的，所述自补型阿基米德螺旋线的宽度为1～1.5mm，圈数为3～4圈。

进一步的，所述天线辐射体由柔性覆铜PI(聚酰亚胺)材料制作而成，其厚度为15～20um。

进一步的，所述柔性介质基底采用PDMS材料制作而成，其厚度为1～1.5mm。

进一步的，所述柔性平面螺旋天线的上表面采用PDMS材料进行封装，其厚度为0.25～0.75mm。