一种可穿戴的并馈天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种应用于2. 4GHz频段的可穿戴并馈天线，特别是一种具有倒F型结 构的可穿戴的并馈天线。
【背景技术】
[0002] 以人体为中心的网络通信技术在体育，采矿，导航，跟踪，医疗等方面的应用，使得 可穿戴天线得到了广泛的关注，其中最重要的是人体对天线性能的负面影响，使天线辐射 的信号强度下降，中心频率发生偏移，S参数达不到所需要的要求等，同时天线的尺寸较大， 不利于集成和制造。如何在提高天线的近体特性的同时，又大大减小尺寸，提高参数的稳定 性，是可穿戴天线设计的技术重点。
[0003] 平面倒F天线与其他的天线相比较，具有尺寸小，易于生产，增益高的特性，后向 辐射较弱，对人体伤害很小，符合可穿戴式天线的要求。
[0004] 由于人体在活动时，对天线会有一些无意的弯折弄皱，所以对可穿戴天线的弯折 特性研宄是一个极具实际意义的课题。
[0005] 现有技术中已经公开多种可穿戴的天线，例如中国发明专利申请2014102320822 公开的宽带贴片天线，其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。该发明主要应用于宽带贴 片天线设计。
【发明内容】
[0006] 本发明提供一种具有增益高、后向辐射小、对人体伤害小的可可穿戴并馈天线。
[0007] 本发明的天线包括：介质基板，设置在介质基板下表面的地面，设置在介质基板上 表面的单极子辐射单元及馈线，其中：介质基板采用可穿戴的普通织物构成，单极子辐射 单元对称设置于与其垂直的馈线的两侧，馈线两侧对称设置有用于连接短路探针和单极子 辐射单元的短路微带线，且短路微带线与单极子辐射单元相垂直，短路微带线设置有穿过 介质基板的与地面连通且垂直于地面的短路探针，所述的馈线的下端与介质基板下边缘平 齐，对称的两单极子辐射单元间用一个U型的不导电间隔相隔，U型间隔两侧的单极子辐射 单元、短路微带线及馈线各形成一个倒F形，其中地面采用的材料与单极子福射单元均采 用导电织物材料。
[0008] 本发明的可穿戴平面并馈天线，其地面上边缘与介质基板上边缘间的距离为 2-4_，地面下边缘及左右边缘与介质基板相应边缘对齐。
[0009] 本发明的可穿戴并馈天线，其地面上边缘与介质基板上边缘间的距离为2. 5_3mm， U形不导电间隔相隔的宽度为12. 2-14. 2_、高度为12. 5-14_，短路微带线与馈线间的间 隔宽度为I. 3-2. 3mm，单极辐射单元的上边缘与介质基板间的距离为0-2. 5mm)，短路探针 距离介质基板下边缘的距离为14. 3-15. 3mm。
[0010] 本发明的可穿戴平面并馈天线优选的参数是：地面上边缘与介质基板上边缘间 的距离为2. 5_3mm，U形不导电间隔相隔的宽度为12. 8-13. 4mm、高度为13-13. 5mm，短路 微带线与馈线间的间隔宽度为I. 9-2. 1mm，单极福射单元的上边缘与介质基板间的距离为 I. 5-2mm，短路探针距离介质基板下边缘的距离为14. 7-14. 9mm。
[0011] 本发明的可穿戴平面并馈天线地面用的材料与辐射单元用的材料采用金属化尼 龙导电织物材料，其表面电阻率小于0. 01欧姆。
[0012] 本发明的可穿戴平面并馈天线的微带线的特性阻抗为50欧姆。
[0013]本发明中也包括有：单极子辐射单元，介质层，地面，短路微带线，短路探针，微带 馈线，但与现有的平面倒F型天线不同在于：其一是由一根微带馈线给两个单极子辐射单 元同时馈电，构成了一种并行馈电的平面倒F型天线阵列，这样既有效的利用了阵列天线 高增益的特点，又利用了平面倒F型天线频率特性稳定的特点，适用于人体可穿戴的应用 中；其二由于本发明用一个馈线并行馈电，因此它既有阵列天线的高增益特点，也有平面倒 F天线的频率稳定特性，符合可穿戴式天线的基本要求。本发明除了利用平面倒F天线的特 点外还特别适用于穿戴，经实际测量结果表明天线在弯折和接近人体的情况下，频率特性 也比较稳定，因此可以更加适合作为一种可穿戴天线。
【附图说明】
[0014] 附图1为本发明2. 4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线的轴测示意图。
[0015] 附图2为本发明2. 4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线的下投影主视示意图。
[0016]附图3为本发明2. 4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线的不同弯折程度时仿真的回 波损耗。
[0017]附图4为本发明2. 4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线的不同弯折程度时测量的回 波损耗。
[0018]附图5为本发明2. 4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线的不同折皱程度时仿真回波 损耗。
[0019]附图6为本发明2. 4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线的近体仿真和测量的回波损 耗。
[0020] 附图7为本发明2. 4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线的的增益曲线。
[0021] 附图8为本发明的天线与现有的只有一个F型辐射单元的增益比较曲线。
[0022] 图中：1为介质基板，2为天线的地面，地面在介质基板的下表面，且比介质基板的 宽度缩小了 3mm，通过6, 7和4, 5相连接，3是馈线，4, 5是两个对称的短路微带线，在短路微 带线的末端，分别有两个短路探针6, 7,构成了平面倒F天线的基本结构，8,9分别是两个单 极子辐射单元，类似构成了阵列天线。
【具体实施方式】
[0023] 以下结合实施例和附图对本发明进行进一步的详细描述。
[0024] 本发明通过以下技术方案实现：介质基板位于辐射单元和地面的中间，且矩形地 面的窄边比介质基板小3_，辐射单元通过50欧姆的馈线来馈电，天线的大小和谐振频率 通过下式来估算：
[0026] 式⑴中，H为介质基板厚度，Lfl为辐射单元的长度，见图2,A^为空气中波长， \为介质基板的介电常数；
[0027]fr=rkf1+(l-rk)f2 (2)
气中的光速，Wfl为辐射单元的宽，R为短路探针半径。
[0029] 由上面公式（1)和（2)可知，中心频率可以由单极子辐射单元的长和宽来决定。
[0030]本发明中，天线中心频率为2. 4GHz;所述微带馈线的特性阻抗为50欧姆。
[0031]实施例一
[0032] 在上述计算基础上形成如附图1所示的本发明基本结构，其主视位置的正投影示 意图参见附图2所示。
[0033]在构建本2.4GHz可穿戴平面倒F型并馈天线时，根据公式（1)和（2)，初步计 算出F形辐射单元的长和宽、短路探针的半径大小，在此基础上优化设计出了中心频率在 2.4GHz的天线。参见附图2,其中1为介质基板，采用可穿戴的普通织物构成；2为天线的地 面，采用导电织物材料制备。地面在介质基板的下表面，且比介质基板的宽度缩小了 2-4毫 米，在本发明的实施例中地面比介质基板的宽度缩小3_，在具体制备本发明时应当注意， 如果地面和介质基板两者的上边缘重叠或者大于这一距离，将会对天线性能有严重影响， 因此要保留有一定的间距，其实这个间距主要是和上面F形结