本發明專利技術涉及可穿戴貼片天線設計領域，為設計一款新型可用于ISM可穿戴貼片天線。為此，本發明專利技術采取的技術方案是，用于ISM波段的共面波導饋電可穿戴貼片天線，結構分為上下兩層，下層為制作衣服常用布，上層為接地板和輻射單元，接地板和輻射單元均由導電紡織布構成，方形的接地板中央為T形挖空區域，T形挖空區域豎直區域抵達方形接地板邊緣，T形挖空區域橫向部分內設置有L型輻射單元，L型輻射單元水平部分中部沿T型挖空區域豎直部分向下延伸，L型輻射單元水平部分中部向下延伸部分形成微帶線。本發明專利技術主要應用于可穿戴貼片天線設計領域。
【技術實現步驟摘要】
用于ISM波段的共面波導饋電可穿戴貼片天線
本專利技術涉及可穿戴貼片天線設計領域，特別涉及用于ISM波段的共面波導饋電可穿戴貼片天線。技術背景隨著智能服裝和可穿戴設備的發展，將會有越來越多的無線通信設備及系統被集成到人們的日常穿衣上。天線是通信系統的重要部件，也是通信系統發展的瓶頸部件，可穿戴天線這一概念的引入將大大促進智能衣以及無線通信系統的發展。可穿戴天線是可直接穿在身上，或者集成到用戶的衣服或配件中的一種便攜式天線，可穿戴天線將給我們的生活、感知帶來很大的轉變，也會對人類社會產生前所未有的深刻影響力，使用戶實現隨身攜帶的智能化。共面波導是在介質基底的一個面上制作出中心導體帶，并在緊鄰中心導體帶的兩側制作出導體平面，傳輸TEM波，無截止頻率。其性能優越，加工方便，在天線設計中發揮著巨大的作用。
技術實現思路
為克服現有技術的不足，設計一款新型可用于ISM(Industrial ScientificMedical)波段(2.42_2.48GHz)的可穿戴貼片天線。為此，本專利技術采取的技術方案是，用于ISM波段的共面波導饋電可穿戴貼片天線，結構分為上下兩層，下層為制作衣服常用布，上層為接地板和輻射單元，接地板和輻射單元均由導電紡織布構成，方形的接地板中央為T形挖空區域，T形挖空區域豎直區域抵達方形接地板邊緣，T形挖空區域橫向部分內設置有L型輻射單元，L型輻射單元水平部分中部沿T型挖空區域豎直部分向下延伸，L型輻射單元水平部分中部向下延伸部分形成微帶線。介質基板為制作衣服常用布牛仔布，介電常數為1.6。與已有技術相比,本專利技術的技術特點與效果:通過對天線進行優化設計和仿真分析，最后得到天線的優化尺寸。其各單元尺寸如圖2所示，此時天線工作的中心頻率為2.1GHz，帶寬為1.5-2.8GHz，可完全覆蓋2.45GHzISM波段。為了驗證仿真結果的真實性，制作天線實物，并將天線分別置于自由空間中和固定在衣服上(右上臂)進行實際測試，圖3為三種不同情況下，天線回波損耗隨頻率變化圖。不難看出，天線置于自由空間或人體后，由于彎曲以及人體對其的影響，中心頻率出現偏移，帶寬也稍有改變，但是仍能覆蓋2.45GHz ISM波段，實現了設計目標。此天線為用于2.45GHzISM波段的可穿戴天線。【附圖說明】圖1天線建模示意圖。圖2天線結構尺寸示意圖。圖3天線回波損耗隨頻率變化圖。圖4天線實物圖。【具體實施方式】采用共面波導與貼片天線相結合的方法，設計基于共面波導饋電的可用于2.45GHz ISM波段的可穿戴貼片天線，建模示意圖如圖1所示。此天線分為上下兩層，上層為導電紡織布，下層為制作日常衣服所用的牛仔布，輻射單元為L型導電布貼片，接地板為五個長方形組成的左右對稱的環形接地板，采用50Ω共面波導饋電。天線整體大小為以75mmX 75mm，牛仔布基底介電常數ε =1.6，厚度為1mm。采用普通牛仔布作為天線基底是一個大膽的嘗試，主要是因為牛仔布是非常常見的衣服原材料，價格低廉并且極易集成于日常穿衣中，使得所設計天線成為衣服的一部分，實現可穿戴功能。采用共面波導饋電方式原因有二，一是簡化天線結構，共面波導饋電天線接地板和輻射貼片位于天線基底同一側，如此簡化的天線結構可通過在成衣表面直接黏貼導電層的方法制成，無需考慮天線基底上下表面的對稱問題，大大降低了制作難度和加工誤差。二是，共面波導饋電易實現寬帶性能，較寬的頻帶可以提高天線對現實環境的容忍度。天線被置于衣服上時會發生彎曲，人體也會對天線的性能產生影響，這些因素都可能會導致天線中心頻率的偏移，甚至帶寬的改變，因此我們需要適當增加所設計的天線帶寬，以保證現實環境中天線在2.45GHz ISM波段仍能實現良好的阻抗匹配。采用共面波導與貼片天線相結合的方法，設計基于共面波導饋電的可用于2.45GHz ISM波段的可穿戴貼片天線，天線實物圖如圖4所示，采用的牛仔布基底介電常數為1.6,天線尺寸為75mmX 75mmX 1mm。此天線采用50Ω共面波導饋電，以L型導電布作為輻射貼片，五個長方形組成的左右對稱的環形結構作為接地板，通過共面波導饋電方式擴大天線帶寬，簡化天線結構，以普通牛仔布作為天線基底以實現天線可穿戴特性，并降低天線成本。圖4下方十字是SMA接頭，這個東西負責將天線與其他器件進行連接，不屬于天線的設計部分，SMA是一種在微波設備和通信系統中廣泛應用的連接器。50 Ω是指天線的特征阻抗，也就是說從SMA連接處測量得到的天線阻抗為50 Ω，50 Ω是微波器件設計的標準阻抗。最后手工制作所設計的天線，并將其分別置于自由空間中和人體上進行實際測試，實測結果與仿真結果匹配良好，實現了 2.45GHz ISM波段可穿戴天線的設計。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于ISM波段的共面波導饋電可穿戴貼片天線，其特征是，結構分為上下兩層，下層為制作衣服常用布，上層為接地板和輻射單元，接地板和輻射單元均由導電紡織布構成，方形的接地板中央為T形挖空區域，T形挖空區域豎直區域抵達方形接地板邊緣，T形挖空區域橫向部分內設置有L型輻射單元，L型輻射單元水平部分中部沿T型挖空區域豎直部分向下延伸，L型輻射單元水平部分中部向下延伸部分形成微帶線?。
【技術特征摘要】
1.一種用于ISM波段的共面波導饋電可穿戴貼片天線，其特征是，結構分為上下兩層，下層為制作衣服常用布，上層為接地板和輻射單元，接地板和輻射單元均由導電紡織布構成，方形的接地板中央為T形挖空區域，T形挖空區域豎直區域抵達方形接地板邊緣，T形挖空區域橫向部...
【專利技術屬性】
技術研發人員：金杰，劉青爽，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：天津;12
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