共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线的制作方法
【专利摘要】本发明涉及宽带贴片天线设计领域，为设计一款新型宽带可穿戴贴片天线。为此，本发明采取的技术方案是，共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线，结构分为上下两层，下层为制衣常用布构成的介质基底，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长方形挖空区域，长方形挖空区域向下延伸至接地板边缘形成延伸挖空槽区域，辐射单元为T型结构，设置在长方形挖空区域中央，T型辐射单元竖直部分向内收缩并向下沿挖空槽区域延伸，形成长方条形微带线。本发明主要应用于宽带贴片天线设计。
【专利说明】 共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线
【技术领域】
[0001]本发明涉及宽带贴片天线设计领域，特别涉及共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线。
技术背景
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术的不足，设计一款新型宽带可穿戴贴片天线。为此，本发明采取的技术方案是，共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线，结构分为上下两层，下层为制衣常用布构成的介质基底，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长方形挖空区域，长方形挖空区域向下延伸至接地板边缘形成延伸挖空槽区域，辐射单元为T型结构，设置在长方形挖空区域中央，T型辐射单元竖直部分向内收缩并向下沿挖空槽区域延伸，形成长方条形微带线。
[0006]介质基底为制作衣服常用布牛仔布，介电常数为1.6。
[0007]与已有技术相比,本发明的技术特点与效果:
[0008]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2.2GHz，带宽为1.4-3.8GHz。
[0009]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，三种情况下天线性能曲线匹配良好，虽然由于手工制作的误差，加之人体对天线的影响，导致三条曲线稍有不同，但是天线中心频率和工作带宽没有改变，即本天线对制作误差及天线所处环境有较大容忍度，利于天线的制作和应用。试验结果证实了本设计方法的可行性，实现了设计目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1天线建模示意图。
[0011]图2天线结构尺寸示意图。[0012]图3天线回波损耗随频率变化图。
[0013]图4天线实物图。
【具体实施方式】
[0014]采用共面波导与贴片天线相结合的方法，设计一款新型宽带可穿戴贴片天线，建模示意图如图1所示。
[0015]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T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75mmX75mmX Imm,牛仔布基底介电常数ε =1.6。
[0016]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，共面波导馈电天线的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布的方法制成，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能在所需频段实现良好的阻抗匹配。
[0017]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宽带可穿戴贴片天线，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75mm X 75mm X Imm0
[0018]此天线采用50Ω共面波导馈电，以T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。
[0019]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，实现了低成本宽带可穿戴天线的设计。
[0020]图4下方亮十字是SMA接头，此接头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。
[0021]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。
[0022]SMA直接与天线的馈电网络相连接,一端连接馈线，一端连接接地板，相当于电路中的正负两级，对天线进行馈电。
【权利要求】
1.一种共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线，其特征是，结构分为上下两层，下层为制衣常用布构成的介质基底，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长方形挖空区域，长方形挖空区域向下延伸至接地板边缘形成延伸挖空槽区域，辐射单元为T型结构，设置在长方形挖空区域中央，T型辐射单元竖直部分向内收缩并向下沿挖空槽区域延伸，形成长方条形微带线。
2.如权利要求1所述的共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线，其特征是，介质基底为制作衣服常用布牛仔布，介电常数为1.6。
【文档编号】H01Q1/22GK103996898SQ201410232082
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】金杰, 刘青爽 申请人:天津大学