本實用新型涉及一種微帶天線，具體為一種以水為媒介的介質天線。

背景技術：

水的相對介電常數在81左右，相對介電常數越大，表示其束縛電磁場的能力就越強。傳統的貼片天線如圖1所示,包括金屬貼片101、介質襯底102、接地層103以及饋電探針104，介質襯底102為填充的介質材料，覆蓋在介質襯底102上的金屬貼片101作為輻射層，進行無線收發工作；傳統的水介質天線是以水代替介質襯底102內的填充的材料，其高介電常數可以大幅度縮小輻射貼片的尺寸，但是以水作為填充材料，會嚴重影響該天線的收發效率。

目前市場上的臺式電腦主板大部分沒有預留無線網卡的卡槽，如果電腦需要連接無線設備，需外置USB接口的無線網卡，這樣就需要額外占用一個USB接口；此外，外置的無線網卡有一根單極子天線，體積龐大，不易攜帶。

在電腦主機或者大型設備中，水冷散熱現已是一種常用的散熱方式，一般的水冷散熱系統由水冷塊、循環液、水泵和水箱組成，通過水循環帶走主機或大型設備產生的熱量，以實現散熱。由于水的比熱容大，故吸收熱量快且本身溫度不會有明顯變化。

技術實現要素：

實用新型目的：本實用新型提供了一種以水為媒介的介質天線，利用了水冷散熱的結構，創新的提出了新的無線接入方案，該方案同時解決了無線接入和處理器散熱的問題。本實用新型還提供了一種前述介質天線模型建立以及尺寸確定的方法，以使得在進行實際生產測試之前能夠得到較為準確的尺寸參數信息，從而節省生產試驗的時間。

技術方案：一種以水為媒介的介質天線，包括水冷循環結構、支撐架、探針、接地層、介質層、信號層以及信號處理芯片；支撐架上端固定設置有水冷循環結構連接，支撐架下方與水平鋪設的接地層固定連接；接地層與水冷循環結構之間留有間隙作為空氣層，空氣層內設置有探針；接地層上設有小孔，探針穿過該小孔和介質層與信號層連接，信號層固定于介質層下方，介質層上方與接地層固定連接；信號層引出的下方為封裝好的信號處理芯片。

上述的天線結構其具體工作原理為：水冷循環結構作為輻射介質，空氣層作為襯底，水冷循環結構下方的探針耦合上方的水實現空間信號的收發，探針下由一層接地層和介質層組成，探針穿過接地層和介質層與信號層連接，信號層引出的下方就是封裝好的處理芯片。

上述以水為媒介的介質天線具體模型建立以及各尺寸確定步驟如下：

1)設定此模型中εr初始值為空氣相對介電常數，并確定空氣層高度H以及介質天線的諧振頻率f0；

2)利用εr、空氣層高度H以及介質天線的諧振頻率f0估算出水冷循環結構(1)的散熱層的寬度W和長度L；

3)使用步驟1)和步驟2)中得到的各尺寸參數采用HFSS進行建模，以水為介質天線模型的輻射介質，求解電磁場；

4)驗證是否滿足介質天線設計要求；

5)若不滿足條件則調整εr或者空氣層高度H的值，返回步驟1)重新進行設計；

6)若滿足條件完成此次設計。

有益效果：使用本實用新型所提供的以水為媒介的介質天線利用水冷裝置將無線連接用的天線和模塊集成在水冷裝置上，從而節省外部USB接口、提高便攜性和穩定性，將散熱功能和無線接入功能集成在一起；并且此實用新型利用的水冷裝置中水進行天線設計，相比較于傳統的貼片天線具有更高的收發效率、空口帶寬、材料成本更低。本實用新型所提供的介質天線的模型建立方法所建立的模型能夠有效的根據實際工作需求測算出實際生產當中介質天線的各尺寸參數，以節省實際生產前建模試驗的時間。

附圖說明

圖1為傳統微帶天線的剖面圖；

圖2為本實用新型水冷介質天線裝置的剖面圖；

圖3為本實用新型水冷介質天線裝置的俯視圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種以水為媒介的介質天線，包括水冷循環結構1、支撐架2、探針3、接地層4；支撐架2包括水平支撐架及固定支撐水平支撐架四個角的立柱，支撐架2的四個立柱與下方水平設置的接地層4固定連接，水冷循環結構1包括了進水管11和出水管12，進水管11的水進入散熱層13之后循環至出水管12從而帶走熱量，散熱層13鋪設于支撐架2的水平支撐架上；接地層4與支撐架2中間有空氣層，該空氣層內設置有“L”型探針3，接地層4下方依次固定水平鋪設介質層7和信號層5，“L”型探針3一端穿過接地層4和介質層7與信號層5連接，“L”型探針3與接地層4不接觸，故接地層4上需要設置圓孔供“L”型探針3穿過，圓孔直徑大于探針3外徑；水冷循環結構1作為輻射介質，空氣層作為襯底，空氣層內設置的“L”型探針3為耦合饋電結構，“L”型探針3與水冷循環結構1中的水耦合實現空間信號的收發，信號層5與信號處理芯片6連接以接收或者發送信號。信號處理芯片6和支撐架2下端連接印刷板電路8。

上述以水為媒介的介質天線具體模型建立以及各尺寸確定步驟如下：

1)設定此模型中εr初始值為空氣相對介電常數，并確定空氣層高度H以及介質天線的諧振頻率f0；

2)利用εr、空氣層高度H以及介質天線的諧振頻率f0估算出水冷循環結構(1)的散熱層(13)的寬度W和長度L；

3)使用步驟1)和步驟2)中得到的各尺寸參數采用HFSS進行建模，以水為介質天線模型的輻射介質，求解電磁場；

4)驗證是否滿足介質天線設計要求；

5)若不滿足條件則調整εr或者空氣層高度H的值，返回步驟1)重新進行設計；

6)若滿足條件完成此次設計。

上述步驟2中散熱層13的寬度W計算公式如下：

其中，在第一次計算散熱層13的寬度W時，εr取空氣的相對介電常數，故εr＝1，當步驟4中驗證出滿足設計條件時即可確定散熱層13的寬度W和長度L，當不滿足設計條件時需要工程師結合仿真軟件進行修正，在仿真軟件HFSS建立近似模型使用全波仿真求解器來修正上述的理論公式，修改一個更準確的εr值；f0是介質天線的諧振頻率，根據實際需要確定f0的值；C0是真空中的光速，C0＝3e11mm/s；

上述步驟2的散熱層13的長度L計算公式如下：

其中，λeff為有效相對波長即電磁波在空氣和水的混合介質之間的有效相對波長長度，λeff計算公式如下：

其中，εeff是電磁波在空氣和水之間的有效相對介電常數，f0是介質天線的諧振頻率，根據實際需要確定f0的值；C0是真空中的光速，C0＝3e11mm/s；式

(3)中的εeff計算公式如下：

其中，H是襯底即空氣層的高度，空氣的相對介電常數εr＝1，W為散熱層13的寬度；

通過上述計算式(2)、(3)、(4)即可建立空氣層高度H、散熱層寬度W和長度L之間的關系：

從而推算在不同諧振頻率f0所對應的各參數的尺寸。

下表為改變本實用新型相應結構尺寸時所對應的收發的無線信號的頻率以及天線的工作性能變化：

表1

由上表可知,通過改變空氣層的高度能夠有效改變本實用新型的介質天線的相對工作帶寬以及增益等工作性能，但是對中心頻率的影響較小；通過同時設計空氣層高度、散熱層結構尺寸以及探針尺寸可實現任意頻率的無線接入。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的介质天线的设计原理_以水为媒介的介质天线的制作方法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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