本发明专利技术涉及可穿戴贴片天线设计领域，为设计一款新型可用于ISM可穿戴贴片天线。为此，本发明专利技术采取的技术方案是，用于ISM波段的共面波导馈电可穿戴贴片天线，结构分为上下两层，下层为制作衣服常用布，上层为接地板和辐射单元，接地板和辐射单元均由导电纺织布构成，方形的接地板中央为T形挖空区域，T形挖空区域竖直区域抵达方形接地板边缘，T形挖空区域横向部分内设置有L型辐射单元，L型辐射单元水平部分中部沿T型挖空区域竖直部分向下延伸，L型辐射单元水平部分中部向下延伸部分形成微带线。本发明专利技术主要应用于可穿戴贴片天线设计领域。
【技术实现步骤摘要】
用于ISM波段的共面波导馈电可穿戴贴片天线
本专利技术涉及可穿戴贴片天线设计领域，特别涉及用于ISM波段的共面波导馈电可穿戴贴片天线。技术背景随着智能服装和可穿戴设备的发展，将会有越来越多的无线通信设备及系统被集成到人们的日常穿衣上。天线是通信系统的重要部件，也是通信系统发展的瓶颈部件，可穿戴天线这一概念的引入将大大促进智能衣以及无线通信系统的发展。可穿戴天线是可直接穿在身上，或者集成到用户的衣服或配件中的一种便携式天线，可穿戴天线将给我们的生活、感知带来很大的转变，也会对人类社会产生前所未有的深刻影响力，使用户实现随身携带的智能化。共面波导是在介质基底的一个面上制作出中心导体带，并在紧邻中心导体带的两侧制作出导体平面，传输TEM波，无截止频率。其性能优越，加工方便，在天线设计中发挥着巨大的作用。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，设计一款新型可用于ISM(Industrial ScientificMedical)波段(2.42_2.48GHz)的可穿戴贴片天线。为此，本专利技术采取的技术方案是，用于ISM波段的共面波导馈电可穿戴贴片天线，结构分为上下两层，下层为制作衣服常用布，上层为接地板和辐射单元，接地板和辐射单元均由导电纺织布构成，方形的接地板中央为T形挖空区域，T形挖空区域竖直区域抵达方形接地板边缘，T形挖空区域横向部分内设置有L型辐射单元，L型辐射单元水平部分中部沿T型挖空区域竖直部分向下延伸，L型辐射单元水平部分中部向下延伸部分形成微带线。介质基板为制作衣服常用布牛仔布，介电常数为1.6。与已有技术相比,本专利技术的技术特点与效果:通过对天线进行优化设计和仿真分析，最后得到天线的优化尺寸。其各单元尺寸如图2所示，此时天线工作的中心频率为2.1GHz，带宽为1.5-2.8GHz，可完全覆盖2.45GHzISM波段。为了验证仿真结果的真实性，制作天线实物，并将天线分别置于自由空间中和固定在衣服上(右上臂)进行实际测试，图3为三种不同情况下，天线回波损耗随频率变化图。不难看出，天线置于自由空间或人体后，由于弯曲以及人体对其的影响，中心频率出现偏移，带宽也稍有改变，但是仍能覆盖2.45GHz ISM波段，实现了设计目标。此天线为用于2.45GHzISM波段的可穿戴天线。【附图说明】图1天线建模示意图。图2天线结构尺寸示意图。图3天线回波损耗随频率变化图。图4天线实物图。【具体实施方式】采用共面波导与贴片天线相结合的方法，设计基于共面波导馈电的可用于2.45GHz ISM波段的可穿戴贴片天线，建模示意图如图1所示。此天线分为上下两层，上层为导电纺织布，下层为制作日常衣服所用的牛仔布，辐射单元为L型导电布贴片，接地板为五个长方形组成的左右对称的环形接地板，采用50Ω共面波导馈电。天线整体大小为以75mmX 75mm，牛仔布基底介电常数ε =1.6，厚度为1mm。采用普通牛仔布作为天线基底是一个大胆的尝试，主要是因为牛仔布是非常常见的衣服原材料，价格低廉并且极易集成于日常穿衣中，使得所设计天线成为衣服的一部分，实现可穿戴功能。采用共面波导馈电方式原因有二，一是简化天线结构，共面波导馈电天线接地板和辐射贴片位于天线基底同一侧，如此简化的天线结构可通过在成衣表面直接黏贴导电层的方法制成，无需考虑天线基底上下表面的对称问题，大大降低了制作难度和加工误差。二是，共面波导馈电易实现宽带性能，较宽的频带可以提高天线对现实环境的容忍度。天线被置于衣服上时会发生弯曲，人体也会对天线的性能产生影响，这些因素都可能会导致天线中心频率的偏移，甚至带宽的改变，因此我们需要适当增加所设计的天线带宽，以保证现实环境中天线在2.45GHz ISM波段仍能实现良好的阻抗匹配。采用共面波导与贴片天线相结合的方法，设计基于共面波导馈电的可用于2.45GHz ISM波段的可穿戴贴片天线，天线实物图如图4所示，采用的牛仔布基底介电常数为1.6,天线尺寸为75mmX 75mmX 1mm。此天线采用50Ω共面波导馈电，以L型导电布作为辐射贴片，五个长方形组成的左右对称的环形结构作为接地板，通过共面波导馈电方式扩大天线带宽，简化天线结构，以普通牛仔布作为天线基底以实现天线可穿戴特性，并降低天线成本。图4下方十字是SMA接头，这个东西负责将天线与其他器件进行连接，不属于天线的设计部分，SMA是一种在微波设备和通信系统中广泛应用的连接器。50 Ω是指天线的特征阻抗，也就是说从SMA连接处测量得到的天线阻抗为50 Ω，50 Ω是微波器件设计的标准阻抗。最后手工制作所设计的天线，并将其分别置于自由空间中和人体上进行实际测试，实测结果与仿真结果匹配良好，实现了 2.45GHz ISM波段可穿戴天线的设计。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于ISM波段的共面波导馈电可穿戴贴片天线，其特征是，结构分为上下两层，下层为制作衣服常用布，上层为接地板和辐射单元，接地板和辐射单元均由导电纺织布构成，方形的接地板中央为T形挖空区域，T形挖空区域竖直区域抵达方形接地板边缘，T形挖空区域横向部分内设置有L型辐射单元，L型辐射单元水平部分中部沿T型挖空区域竖直部分向下延伸，L型辐射单元水平部分中部向下延伸部分形成微带线 。
【技术特征摘要】
1.一种用于ISM波段的共面波导馈电可穿戴贴片天线，其特征是，结构分为上下两层，下层为制作衣服常用布，上层为接地板和辐射单元，接地板和辐射单元均由导电纺织布构成，方形的接地板中央为T形挖空区域，T形挖空区域竖直区域抵达方形接地板边缘，T形挖空区域横向部...
【专利技术属性】
技术研发人员：金杰，刘青爽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。