利用布料实现人体织 物天线方式的制造难度，增加可穿戴天线与衣物集成的可行性。除此之外，本发明还可以集 成在衬衣胸前部位，而且也可以与带纽扣的外套融为一体，而不影响衣物原本的外观功能。
[0040] 如图2所示，本发明由馈电部分1、金属支撑座2及辐射体3构成，整体高度与衣物 纽扣相当，纽扣高度4mm-10mm，剖面低。金属支撑座2用于与衣物固定，福射体3构成纽扣 的扣体，如图3(a)及图3(b)所示，辐射体3采用一定厚度的FR4作为介质基板，其上表面 由外围一端短路一端开路的环形微带枝节4和一端短路一端连接环形微带枝节的矩形微 带枝节5构成，所述矩形微带枝节5位于介质基板的中心位置，其中环形微带枝节4的臂宽 沿着短路端到开路端逐渐增大；
[0041] 其下表面包括一个圆环，所述圆环与金属支撑座物理接触，所述上、下表面通过环 形微带枝节和矩形微带枝节短路端的两个金属化过孔（9、10)相连。
[0042] 图4 (a)及图4(b)所示，金属支撑座具体为工字型硬质支撑座，所述金属材料采用 铝合金，中间开有通孔，直径d4，馈电部分通过该通孔馈电给辐射体，实现同轴馈电。工字 型金属支撑座包括上、下地板（21、22)，本实施例中上、下地板均为圆形，其中上地板直径为 d5，下地板直径为d6，下地板直径小于36_，矩形微带枝节左边缘6以及环形微带枝节左臂 内边缘7和金属支撑座的下地板22共同作用产生一种应用于体表通信极化方向垂直于人 体表面的全向辐射模式，有效覆盖了人体表面区域，减少人体衰落的影响。环形微带枝节左 臂及右臂内边缘（7、8)位于矩形微带枝节的两侧，所述矩形微带枝节以及环形微带枝节左 臂及右臂内边缘（7、8)和金属支撑座的上地板21共同作用也产生了另外一种应用于体外 通信最大辐射在人体法向方向的定向辐射模式，有效减小了与人体组织的耦合作用；
[0043] 所述介质基板中心位置开有圆孔11，馈电部分的内导体通过圆孔11连接辐射体 矩形微带枝节5,外导体与支撑座相连，介质填充支撑座通孔。
[0044] 工字型支撑座是硬质导电的，克服了一般织物天线的褶皱效应，保证了天线在人 体表面工作时性能的鲁棒性，不易受人体组织对天线性能的影响，在人体环境下保持了较 为稳定的阻抗匹配带宽和辐射方向图，人体组织的影响有限，这为纽扣天线的实际应用打 下了良好的基础。参照图5,本发明实施例1仿真与测试的结果较为吻合，测试结果有频偏， 这可能是具体的加工误差和板材相对介电常数误差所致。另外由于采用了 FR4板材，在高 频段的损耗正切角会变大导致了高频段阻抗匹配没有仿真结果理想。
[0045] 参阅图6 (a)、图6 (b)，辐射体与工字型支撑座的下表面地板产生低频谐振点，形 成最大辐射方向沿人体表面的全向辐射方向图，并且GTtetaA据主要的地位，要比G Phl大 10dB以上，故该全向辐射方向图是沿人体表面垂直极化的，这有效覆盖了人体表面区域，减 少人体衰落的影响，适用于体域网体表通信的场景。
[0046] 参阅图7(a)、图7(b)，辐射体与工字型支撑座的上表面地板产生高频谐振点，形 成最大辐射方向沿人体法向的定向辐射方向图，此时也是线极化的极化方式，适用于体域 网体外通信的场景。
[0047] 实施例2
[0048] 如图8,本发明纽扣天线的具体实施例2与具体实施例1相比，做出了以下改变，工 字型金属支撑座下地板直径变大，而且采用不对称结构，馈电部分与金属支撑座连接点距 离下地板中心往右边偏移了一定的距离。另外辐射体采用性能更加稳定的罗杰斯4003板 材（R04003)，辐射体整体结构不变但是具体参数需要微调优化。
[0049] 在人体模型和自由空间的辐射方向图对比如图9(a)、图9(b)、图9(c)及图9(d)， 可见在人体组织的实际工作环境中，人体的作用使得纽扣天线的辐射方向图发生了变化， 人体组织的吸收作用使辐射方向图后瓣减小。在低频段人体反射作用强于吸收作用，使得 辐射增益略微增加 ldB左右，在高频段人体反射作用弱于吸收作用，使得辐射增益略微下 降2dB左右。但是在人体模型上的仿真结果表明，纽扣天线在实际应用中并不会改变极化 方向，同时保持了在低频段全向辐射的特性和在高频段定向辐射的特性，这说明本发明纽 扣天线的鲁棒性得到了验证。
[0050] 实施例3
[0051] 采用了罗杰斯板材，在工字型硬质金属支撑座上同样采用偏置不对称结构，整个 纽扣天线高度有所减小，剖面更低，同时为了方便测试改变了馈电结构。同时为减小实际情 况下人体对电磁波能量的吸收率SAR值，支撑座下地板的半径有所增大，参照图10。参照图 11，具体实施例3仿真测试结果说明反射系数十分吻合，验证了纽扣天线的可行性。参照表 格1，具体实施例3在人体模型工作时，仿真得到的最大特定吸收率SAR值在两个谐振频点 下都满足美国与欧盟的标准，验证了纽扣天线的实用性。
[0052] 表 1
[0053]
[0054] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种应用于体域网通信可集成于衣物的双频纽扣天线，其特征在于，所述双频纽扣 天线实现纽扣的功能，包括馈电部分、金属支撑座及辐射体，所述金属支撑座固定在衣物 上，所述福射体构成纽扣的扣体，所述金属支撑座通过馈电部分与福射体连接，所述福射体 包括介质基板，所述介质基板的上表面包括一端短路另一端开路的环形微带枝节及与环形 微带枝节内环连接的矩形微带枝节，所述矩形微带枝节另一端短路，所述矩形微带枝节位 于介质基板中心位置； 所述介质基板的下表面包括一个圆环，所述圆环与金属支撑座物理接触； 矩形微带枝节左边缘及环形微带枝节左臂内边缘与金属支撑座下地板共同作用产生 一种应用于体表通信极化方向垂直于人体表面的全向福射模式，矩形微带枝节以及环形微 带枝节两端内边缘和金属支撑座上地板共同作用也产生一种应用于体外通信最大辐射在 人体法向方向的定向辐射模式。2. 根据权利要求1所述的双频纽扣天线，其特征在于，所述金属支撑座开有通孔，所述 金属支撑座是对称或非对称结构，所述对称结构具体为通孔位于金属支撑座中心位置，所 述非对称结构为通孔位于非中心位置，当位于非中心位置时，SAR值降低。3. 根据权利要求1所述的双频纽扣天线，其特征在于，所述环形微带枝节的臂宽沿着 短路端到开路端逐渐增大。4. 根据权利要求1所述的双频纽扣天线，其特征在于，所述金属支撑座为工字型支撑 座，且为硬质导电，所述金属支撑座包括上、下地板。5. 根据权利要求2所述的双频纽扣天线，其特征在于，馈电部分采用同轴馈电，同轴馈 电的内导体通过介质基板的通孔连接矩形微带枝节，外导体通过金属支撑座的通孔与金属 支撑座相连。
【专利摘要】本发明公开了一种应用于体域网通信可集成于衣物的双频纽扣天线，包括馈电部分、金属支撑座及辐射体，所述金属支撑座固定在衣物上，所述辐射体构成纽扣的扣体，所述金属支撑座通过馈电部分与辐射体连接，所述辐射体包括介质基板，所述介质基板的上表面包括一端短路另一端开路的环形微带枝节及与环形微带枝节内环连接的矩形微带枝节，所述矩形微带枝节另一端短路，所述矩形微带枝节位于介质基板中心位置；所述介质基板的下表面包括一个圆环，所述圆环与金属支撑座物理接触。本发明在人体表面工作时具有鲁棒性，适用于体表与体外等体域网通信场景以及可穿戴式无线电子设备。
【IPC分类】H01Q1/38, H01Q1/44, H01Q1/22
【公开号】CN105261831
【申请号】CN201510650184
【发明人】章秀银, 莫特, 赵小兰, 段文
【申请人】华南理工大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月8日