CN106299612A - 一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，所述介质基板的厚度为1.6mm，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片的上部设有凹槽，所述凹槽左右两侧相对称地一体设置有凸形凸块，辐射贴片的下部的左右两侧相对称地设有梯形结构，所述接地板与所述介质基板的宽度相等。本发明天线在3.1‑7.2GHz频段内具有良好的辐射增益和辐射方向特性，在较恶劣的形变条件下依然能够有效地进行信号辐射。该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研究的热点，有极大的发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及天线技术领域，具体的说，是涉及一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线。
背景技术
随着无线网络技术的飞速发展，人体中心网络成为第五代移动通信的重要组成部分，其重要的研究方向之一便是柔性可穿戴天线的研究。它以织物为载体，可集成或配备至衣物上，达到与人体共形的效果，具有较高的适应性、灵活性和隐蔽性。加之天线是通信系统必不可少的器件，使得其在日常生活、医疗卫生、军事、消防和抢险等诸多领域都拥有较为广阔的应用前景。目前，很多国家都认识到柔性可穿戴天线系统对信息产业发展的重要性，非常重视相关领域的研究。
柔性可穿戴天线由于其无可取代的优势，受到了人们极大的关注，发展迅速。目前，柔性可穿戴天线在天线增益和天线带宽方面均取得了较大的突破，另外在严重弯曲状态下保持性能稳定等方面的研究取得了长足的进步，但是距离真正的柔性可穿戴目标还有一些距离，也有待进一步的深入研究。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，该天线在3.1-7.2GHz频段内具有良好的辐射增益和辐射方向特性，在较恶劣的形变条件下依然能够有效地进行信号辐射。该天线尺寸小、结构简单、易于制作，适于无线通信系统及设备，是最近电磁领域、可穿戴设备领域研究的热点，有极大的发展前景。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，所述介质基板的厚度为1.6mm，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片的上部设有凹槽，所述凹槽左右两侧相对称地一体设置有凸形凸块，辐射贴片的下部的左右两侧相对称地设有梯形结构，所述接地板与所述介质基板的宽度相等。
所述凸形凸块的凸起高度为1mm。所述凸形凸块之间的距离为5mm。
所述凹槽的宽为15mm。
所述介质基板由环氧树脂板材料做成。
所述介质基板的相对介电常数为4.4，损耗正切值为0.02。
所述介质基板的规格尺寸为35mm×30mm。
所述接地板的宽度为30mm。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
1.本发明天线在非形变时在3.1-7.2GHz频段具有良好的传输特性，具有较宽的可用带宽，满足人们的可穿戴应用；除此之外，天线在发生较大形变时依然能够保持较宽的工作频带以及标准的辐射方向，满足柔性天线的功能要求，可以集成到衣物上进行可穿戴应用，从而提高了该天线的实用性。
2.本发明天线非形变时在3.1-7.2GHz频段具有小于-10dB的回波损耗，具有4.1GHz的工作带宽；并且在4GHz频率处具有良好的辐射性能，满足柔性可穿戴系统对天线设计的要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的侧视结构示意图。
图3是凸形凸块的结构示意图。
图4是本发明具体实施例的结构尺寸示意图。
图5是本发明天线在发生形变情况下的主视图。
图6是本发明天线在不发生形变时的回波损耗示意图。
图7是本发明天线在不发生形变时在4GHz频率处辐射方向图。
图8是本发明天线在发生形变时的回波损耗示意图。
图9是本发明天线在发生形变时在4GHz频率处辐射方向图。
附图标记：1-接地板2-介质基板3-馈电网络4-辐射贴片5-凹槽6-凸形凸块7-梯形结构
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
如图1至图4所示，一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，包括接地板1、介质基板2、馈电网络3和辐射贴片4，介质基板2由常用的FR4(环氧树脂)板材料做成，相对介电常数为4.4，损耗正切值为0.02，厚度为1.6mm，天线的形状如图1所示，天线采用侧馈方式，输入阻抗为50Ω。
本实施例中的天线是通过蚀刻方法制作在规格尺寸为35mm×30mm×1.6mm的介质基板2上，接地板1刻蚀于介质基板2一侧，介质基板2的另一侧刻蚀有馈电网络3和辐射贴片4，馈电网络3由微带线构成，接地板1为矩形结构并与介质基板2等宽，宽度均为30mm，辐射贴片4的上部刻蚀有凹槽5，本实施例中凹槽5的宽为15mm，凹槽5的左右两侧相对称地一体设置有凸形凸块6(见图3)，凸形凸块6的凸起的高度为1mm，凸形凸块6之间的距离为5mm，在辐射贴片4的下部的左右两侧相对称地设有梯形结构7。
如图4所示为本发明天线经过优化设计后的具体的尺寸，参数如下：L＝35mm，L1＝13.5mm，L2＝13.5mm，L3＝14.5mm，L4＝16.5mm，L5＝9.5mm，L6＝11.5mm，L7＝12.5mm，L8＝14.5mm，W＝30mm，W1＝5mm，W2＝9mm，W3＝15mm，W4＝17mm，W5＝13mm，h1＝5m，介质基板2厚度为1.6mm，介质基板2下面是矩形的接地板1。图5是本发明天线在发生形变情况下的主视图。
为了研究天线的辐射特性，运用全波三维电磁仿真，对天线在4GHz频率处进行仿真优化，得到天线在不同频率处的方向图，并对仿真结果进行了分析。图6中为天线在不发生形变正常工作下的回波损耗，图7中为天线没发生形变时在4GHz频率处辐射方向图；图8中为所设计的天线在发生形变情况下的回波损耗；图9中为所设计的天线在发生形时在4GHz频率处辐射方向图。
经过仿真分析，可知本发明天线在非形变时在3.1-7.2GHz频段具有良好的传输特性，具有较宽的可用带宽，满足人们的可穿戴应用；除此之外，天线在发生较大形变时依然能够保持较宽的工作频带以及标准的辐射方向，满足柔性天线的功能要求，可以集成到衣物上进行可穿戴应用，从而提高了该天线的实用性。
在图6中可以看出，天线非形变时在3.1-7.2GHz频段具有小于-10dB的回波损耗，具有4.1GHz的工作带宽。在图7中可以看出，天线非形变时在4GHz频率处具有良好的辐射方向特性。在图8中可以看出，天线在形变后其最佳谐振频率点发生了偏移，但是工作带宽所在频段并没有发生变化，因此依然能够满足形变之前的天线性能。在图9中可以看出，天线形变后在4GHz频率处也具有很好的辐射方向特性，满足天线的功能指标。
研究结果表明：该天线形变前后在3.1-7.2GHz频段内的回波损耗都小于-10dB，并且具有良好的辐射性能，满足柔性可穿戴系统对天线设计的要求。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，包括接地板、介质基板、馈电网络和辐射贴片，其特征在于，所述介质基板的厚度为1.6mm，接地板设于介质基板一侧，介质基板另一侧设有馈电网络和辐射贴片，所述辐射贴片的上部设有凹槽，所述凹槽左右两侧相对称地一体设置有凸形凸块，辐射贴片的下部的左右两侧相对称地设有梯形结构，所述接地板与所述介质基板的宽度相等。
2.根据权利要求1所述一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，其特征在于，所述凸形凸块的凸起高度为1mm。
3.根据权利要求1所述一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，其特征在于，所述凸形凸块之间的距离为5mm。
4.根据权利要求1所述一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，其特征在于，所述凹槽的宽为15mm。
5.根据权利要求1所述一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，其特征在于，所述介质基板由环氧树脂板材料做成。
6.根据权利要求1或5所述一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，其特征在于，所述介质基板的相对介电常数为4.4，损耗正切值为0.02。
7.根据权利要求1或5所述一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，其特征在于，所述介质基板的规格尺寸为35mm×30mm。
8.根据权利要求1所述一种基于柔性可穿戴应用的单极子天线，其特征在于，所述接地板的宽度为30mm。
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