一种应用于体域网通信可集成于衣物的双频纽扣天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及可穿戴式无线移动通信领域的天线，特别涉及一种应用于体域网 通信可集成于衣物的双频纽扣天线。
【背景技术】
[0002] 随着体域网研究的深入进展，以及信息科技的发展，为了满足社会个体医疗、娱 乐、军事、安保等方面的需求，近几年可穿戴式设备得到了大范围的普及。可穿戴式设备体 积小，大多需要集成在人们的衣物或穿戴配件上（如手表、手环、眼镜等），基本通过无线射 频的方式进行数据交流。而天线是射频前端的重要组成部分，由于人体组织的作用，人体天 线的设计遇到了很大的挑战，需要考虑以下几个方面：一是占用的空间有限，二是人体组织 对天线性能的影响，保证人体天线工作的鲁棒性，三是体域网不同的通信场景对天线的性 能有不同的要求，四是人体组织对天线辐射电磁波能量的特定吸收率的限制。
[0003] 而现在大多数人体天线的设计选择直接集成在织物上，以织物作为介质基板，由 于人体的作用和织物的褶皱效应，这些人体天线的性能受到很大的影响，工作不稳定，容易 发生谐振频偏和失配，辐射方向图发生了很大的改变。现阶段很少有将人体天线与衣物本 身的金属部件（如纽扣、拉链等）融为一体的设计，英国有研究人员提出将纽扣作为天线使 用，但是其采用的是单极子的方案，整体尺寸较大，并且采用的是柔性织物地板，容易受到 人体环境的影响，而且也没有讨论织物的褶皱效应对地板以及天线性能的影响。
[0004] 另一方面，很少有天线设计考虑到体域网体表和体外两种通信场景的结合。对于 体表通信，天线应该采用垂直极化的方式以产生沿人体表面传播的爬行波，减少人体衰落 的影响，而且此情境下最好是采用全向辐射的模式；对于体外通信则应减小天线辐射与人 体组织的耦合作用，最好采用定向辐射模式以产生相对较高的增益。
[0005] 而且由于工作在人体表面，人体天线的设计还得考虑人体对天线辐射电磁波能量 的特定吸收率，保证电磁辐射安全，这也对人体天线的设计提出了严格的要求。 【实用新型内容】
[0006] 为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种应用于体域网通信可 集成于衣物的双频纽扣天线。
[0007] 该实用新型将人体天线和一般衣物纽扣融合设计，实现了人体可穿戴天线的小型 化和低剖面，并且产生两个具有不同辐射模式的工作频段，硬质的支撑座有效抵抗了织物 天线褶皱效应带来的性能衰落，在人体表面工作时具有鲁棒性，而且地板结构有效降低了 人体对电磁场能量的特定吸收率，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。
[0008] 本实用新型采用如下技术方案：
[0009] -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；
[0010] 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。
[0011] 矩形微带枝节左边缘及环形微带枝节左臂内边缘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辐射模式，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。
[0012] 所述环形微带枝节的臂宽沿着短路端到开路端逐渐增大。
[0013] 所述馈电部分采用同轴馈电，所述金属支撑座开有通孔，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，外导体与金属支撑座相连。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 本实用新型的有益效果：
[0017] (1)利用衣物原有的金属部件实现人体织物天线，天线设计与衣物纽扣融为一体， 可以减小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；
[0018] (2)纽扣天线工作在ISM 2. 45GHz和5. 8GHz两个频段，在不同频段具有不同的辐 射方向图和极化方式，考虑到了体域网体表和体外两种通信场景的结合。辐射体两个枝节 和金属支撑座共同作用产生一种工作于2. 45GHz频段的应用于体表通信的全向辐射模式， 其极化方向垂直于人体表面，有效覆盖了人体表面区域，减少人体衰落的影响，同时产生了 另外一种工作于5. 8GHz频段的应用于体外通信的定向福射模式，其最大福射在人体法向 方向，有效减小了与人体组织的耦合作用；
[0019] (3)工字型金属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；
[0020] (4)硬质工字型支撑座可以是对称的，也可以是不对称的，不对称的结构可以进一 步减小人体对电磁波能量的特定吸收率；
[0021] (5)将PIFA结构应用于纽扣天线的设计，与传统单极子方案应用于此场景的设计 相比，尺寸由二分之一波长缩减到了四分之一波长，使得应用于体域网通信的纽扣天线尺 寸更小，剖面更低。
【附图说明】
[0022] 图1是本实用新型实施例1集成与衣物的结构示意图；
[0023] 图2是本实用新型实施例1的示意图，
[0024] 图3 (a)及图3 (b)分别是本实用新型实施例1的辐射体的上表面及下表面结构示 意图；
[0025] 图4(a)及图4(b)分别是本实用新型实施例1的金属支撑座的主视及俯视结构示 意图；
[0026] 图5是本实用新型实施例1的S11-频率仿真测试结果图；
[0027] 图6 (a)是本实用新型实施例1在phi = 0°的2. 45GHz的归一化辐射方向图，图 6 (b)是本实用新型实施例1在phi = 90°的2. 45GHz的归一化辐射方向图；
[0028] 图7 (a)是本实用新型实施例1在phi = 0°的5. 8GHz的归一化辐射方向图；
[0029] 图7 (b)是本实用新型实施例1在phi = 90°的5. 8GHz的归一化辐射方向图；
[0030] 图8是本实用新型纽扣天线具体实施例2的结构示意图；
[0031] 图9(a)是本实用新型实施例2在2. 45GHz下Phi = 0°的辐射方向图；
[0032] 图9 (b)是本实用新型实施例2在2. 45GHz下Phi = 90°的辐射方向图；
[0033] 图9 (c)是本实用新型实施例2是在5. 8GHz下Phi = 0°的辐射方向图；
[0034] 图9 (d)是本实用新型实施例2在5. 8GHz下Phi = 90°的辐射方向图；
[0035] 图10是本实用新型纽扣天线具体实施例3的示意图；
[0036] 图11是本实用新型纽扣天线具体实施例3的S11-频率仿真测试结果图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实 施方式不限于此。
[0038] 实施例1
[0039] 本实施例一种应用于体域网通信可集成于衣物的