一种应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线的制作方法

本发明属于体域网通信领域，尤其涉及一种应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线。

背景技术：

近几年，体域网通信技术在很多领域都受到了大的关注。所谓体域网是以人体为中心构成一个无线网络，将穿戴在人体上的智能设备通过相关接入设备和无线局域网或有线局域网连接，从而实现某些特定的功能。随着苹果applewatch上市，引来众多厂商纷纷效仿，推出形态多样、功能各异的产品。目前市场上的智能穿戴产品主要有手环类产品、手表类产品、眼镜类产品和便携医疗设备类产品等。可穿戴设备的发展势不可挡，天线作为无线网络中发射和接收信号必不可少的设备必然成为了极其重要的研究关键点。

现阶段的可穿戴天线的研究大致可以分为三方面：(一)可穿戴天线模型的研究。它的设计要求更加苛刻，设计过程更加艰难复杂，所以寻找和创新出更加适合可穿戴天线的天线模型是设计可穿戴天线所必需的。(二)可穿戴天线和人体之间的相互影响。首先，人体是一个极其复杂的介质环境，由于可穿戴天线是贴近人体工作的，人体这个复杂的环境对其性能有着很大的影响。再者，考虑到天线的辐射对人体健康的影响，所以在设计中要尽量控制天线对人体的辐射伤害。(三)可穿戴天线的制作方式。可穿戴天线的介质基板一般情况下都是普通的织物，如今发表的文献中可穿戴印刷天线的辐射单元和地板一般采用铜箔胶带、导电纺布、导电线编织或是导电喷雾等方式制成。也有相当多的文献是采用金属立体结构构建天线模型，这样的天线剖面肯定没有印刷天线来得低。所以研究寻找更好的制作天线的方式也是亟需的。

目前，国内外对于天线的研究绝大多数还是以fr4(环氧树脂板)、rt5880等微波介质为基板，但这类天线目的主要在于实现体域网内无线通信的可能性，其通常不可弯曲，穿戴性差。国内对可穿戴天线的研究更是明显滞后很多。近几年，可穿戴天线的表现出了巨大潜力，对其研究增加了更多的精力。

随着纺织材料功能性的提高，以纺织品为基底的天线开始得到研究者的关注，由于其具有很高的柔韧性、和与人体衣物等共形的特性很适合可穿戴天线领域。

平面倒f形天线(pifa)具有低剖面、重量轻、体积小以及易于微波电路共形等优点，在无线通信领域得到了广泛的应用。由于其较低的尺寸轮廓和低剖面特性，于是在可穿戴天线领域备受关注。

技术实现要素：

本发明根据现有技术的不足与缺陷，提出了一种应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线，目的在于提供一种结构简单，尺寸小，低剖面、易于与衣物共形和可穿戴的天线。

本发明所采用的技术方案如下：

应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线，包括短路钉、f形贴片、介质基板和平面金属地板；所述介质基板的下面贴附平面金属地板，介质基板的上面贴有2个倒f形贴片，所述f形贴片对称设置在介质基板上，通过阻抗传输线将f形贴片的第二短边连接，在所述2个f形贴片的第一短边上设有短路钉，通过短路钉将平面金属地板和f形贴片连接。

进一步，所述介质基板为柔性导电布材料，其介电常数为1.2，介质板的厚度h＝2mm；

进一步，所述介质基板的长度l＝25mm，宽度w＝70mm；

进一步，所述阻抗传输线呈“t”型，其底端宽度wf＝9mm；阻抗传输线的底端与介质基板的一条边对齐，且阻抗传输线的底端所在的面为馈电端口面；

进一步，所述短路钉的半径r＝0.5mm；

进一步，所述短路钉距离馈电端口面9的距离h1＝14.8mm；

进一步，所述f形贴片的第一短边与第二短边之间的距离为wf4＝2mm，f形贴片的长边的长度为lf1＝26.4mm，f形贴片的第一短边的长度为lf2＝7mm，f形贴片的第二短边的长度为lf3＝13mm；

本发明的有益效果：

1、与传统的非柔性介质基板天线相比，本发明2.45ghz柔性纺织可穿戴天线采用导电布作为基板，具有结构紧凑、易共型、易加工、可穿戴性好等优点。

2、随着可穿戴设备日益小型化，天线的小型化技术也变得越来越重要，在本发明中通过加载短路钉进一步缩小了天线的轮廓尺寸。

附图说明

图1是应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线的立体图；

图2是应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线的俯视图；

图3是应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线的剖视图；

图4是应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线的回波损耗s11；

图5是本发明可穿戴天线在设计频率f＝2.45ghz下的e面和h面的方向图；

图6是本发明可穿戴天线的smith圆图；

图7是本发明可穿戴天线的驻波比仿真结果；

图中，1、短路钉，2、f形贴片，3、介质基板，4、平面金属地板，5、长边，6、第一短边，7、第二短边，8，阻抗传输线，9、馈电端口面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、2、3所示，本发明提出了一种应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线，包括短路钉1、f形贴片2、介质基板3和平面金属地板4；并且在介质基板3的下表面贴附平面金属地板4，介质基板3的上表面贴有2个倒f形贴片2，2个f形贴片2对称设置在介质基板3上，通过阻抗传输线8将f形贴片2的第二短边7连接；在2个f形贴片2的第一短边6上设有短路钉1，通过短路钉1将平面金属地板4和f形贴片2连接，在天线结构中通过加载短路钉1来降低天线的谐振频率，从而减小天线的尺寸、也达到了低剖面的效果。

在本实施例中，介质基板3采用柔性导电布材料，其介电常数为1.2，介质板的厚度h＝2mm，宽w＝70mm,长l＝25mm；f形贴片2的设计如下：f形贴片2的第一短边6与第二短边7之间的距离为wf4＝2mm，f形贴片2的长边5的长度为lf1＝26.4mm，f形贴片的第一短边6的长度为lf2＝7mm，f形贴片的第二短边7的长度为lf3＝13mm，f形贴片2的长边5的宽度为wf1＝2mm；阻抗传输线8呈“t”型，且设计如下：“t”阻抗传输线8的“i”形50ω微带线的长lf＝8mm，宽度wf＝9mm。两个半径为r＝0.5mm的短路钉1与馈电端口所在面的距离h1＝14.8mm；

本发明所设计天线的中心频率为2.45ghz，为满足天线的驻波比vswr<1.5,回波损耗s11<-10db，针对本申请所设计的天线结构，借助三维结构电磁仿真软件ansyshfss对其进行建模与仿真，结合附图4本实施案列的柔性可穿戴天线结构在2.45ghz的工作频率的回波损耗图，其值为-18.9db，满足回波损耗的要求。

如图5所示，本申请所提出的天线在设计频率f＝2.45ghz下的e面和h面的方向图,实现了电磁波沿人体表面的全向辐射，从而满足体域网通信设计的要求。

如图6所示，本申请所提出的天线的smith圆图，从图中可以看出在中心频率出的归一化阻抗为0.7983+0.0299i，达到了较好的匹配。

如图7所示，本申请所提出的天线驻波比仿真结果，从图中可以看出，在中心频率2.45ghz处vswr＝1.25，其附近的vswr都小于1.5，满足天线的中心频率为2.45ghz，驻波比的要求。

综上所述，本发明所提出的一种应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线，其各项性能均满足中心频率为2.45ghz时的天线性能参数需求，天线具有结构紧凑、质轻便捷、易于共形、可穿戴效果好等优势，由于2.45ghz频段为世界各国共同的ism频段，wifi、bluetooth、zigbee等无线网络，其网络标准都选择工作在2.45ghz频段上。因此本发明所提出的一种应用于体域网的小型柔性纺织可穿戴天线能够与工作于这个频段的无线网络设备更加便捷地互联。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。