本發(fā)明涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種基于柔性可穿戴應(yīng)用的單極子天線。

背景技術(shù)：

隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人體中心網(wǎng)絡(luò)成為第五代移動(dòng)通信的重要組成部分，其重要的研究方向之一便是柔性可穿戴天線的研究。它以織物為載體，可集成或配備至衣物上，達(dá)到與人體共形的效果，具有較高的適應(yīng)性、靈活性和隱蔽性。加之天線是通信系統(tǒng)必不可少的器件，使得其在日常生活、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事、消防和搶險(xiǎn)等諸多領(lǐng)域都擁有較為廣闊的應(yīng)用前景。目前，很多國家都認(rèn)識(shí)到柔性可穿戴天線系統(tǒng)對(duì)信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性，非常重視相關(guān)領(lǐng)域的研究。

柔性可穿戴天線由于其無可取代的優(yōu)勢，受到了人們極大的關(guān)注，發(fā)展迅速。目前，柔性可穿戴天線在天線增益和天線帶寬方面均取得了較大的突破，另外在嚴(yán)重彎曲狀態(tài)下保持性能穩(wěn)定等方面的研究取得了長足的進(jìn)步，但是距離真正的柔性可穿戴目標(biāo)還有一些距離，也有待進(jìn)一步的深入研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種基于柔性可穿戴應(yīng)用的單極子天線，該天線在3.1-7.2GHz頻段內(nèi)具有良好的輻射增益和輻射方向特性，在較惡劣的形變條件下依然能夠有效地進(jìn)行信號(hào)輻射。該天線尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、易于制作，適于無線通信系統(tǒng)及設(shè)備，是最近電磁領(lǐng)域、可穿戴設(shè)備領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，有極大的發(fā)展前景。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于柔性可穿戴應(yīng)用的單極子天線，包括接地板、介質(zhì)基板、饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片，所述介質(zhì)基板的厚度為1.6mm，接地板設(shè)于介質(zhì)基板一側(cè)，介質(zhì)基板另一側(cè)設(shè)有饋電網(wǎng)絡(luò)和輻射貼片，所述輻射貼片的上部設(shè)有凹槽，所述凹槽左右兩側(cè)相對(duì)稱地一體設(shè)置有凸形凸塊，輻射貼片的下部的左右兩側(cè)相對(duì)稱地設(shè)有梯形結(jié)構(gòu)，所述接地板與所述介質(zhì)基板的寬度相等。

所述凸形凸塊的凸起高度為1mm。所述凸形凸塊之間的距離為5mm。

所述凹槽的寬為15mm。

所述介質(zhì)基板由環(huán)氧樹脂板材料做成。

所述介質(zhì)基板的相對(duì)介電常數(shù)為4.4，損耗正切值為0.02。

所述介質(zhì)基板的規(guī)格尺寸為35mm×30mm。

所述接地板的寬度為30mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

1.本發(fā)明天線在非形變時(shí)在3.1-7.2GHz頻段具有良好的傳輸特性，具有較寬的可用帶寬，滿足人們的可穿戴應(yīng)用；除此之外，天線在發(fā)生較大形變時(shí)依然能夠保持較寬的工作頻帶以及標(biāo)準(zhǔn)的輻射方向，滿足柔性天線的功能要求，可以集成到衣物上進(jìn)行可穿戴應(yīng)用，從而提高了該天線的實(shí)用性。

2.本發(fā)明天線非形變時(shí)在3.1-7.2GHz頻段具有小于-10dB的回波損耗，具有4.1GHz的工作帶寬；并且在4GHz頻率處具有良好的輻射性能，滿足柔性可穿戴系統(tǒng)對(duì)天線設(shè)計(jì)的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是凸形凸塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖。

圖5是本發(fā)明天線在發(fā)生形變情況下的主視圖。

圖6是本發(fā)明天線在不發(fā)生形變時(shí)的回波損耗示意圖。

圖7是本發(fā)明天線在不發(fā)生形變時(shí)在4GHz頻率處輻射方向圖。

圖8是本發(fā)明天線在發(fā)生形變時(shí)的回波損耗示意圖。

圖9是本發(fā)明天線在發(fā)生形變時(shí)在4GHz頻率處輻射方向圖。

附圖標(biāo)記：1-接地板2-介質(zhì)基板3-饋電網(wǎng)絡(luò)4-輻射貼片5-凹槽6-凸形凸塊7-梯形結(jié)構(gòu)

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：

如圖1至圖4所示，一種基于柔性可穿戴應(yīng)用的單極子天線，包括接地板1、介質(zhì)基板2、饋電網(wǎng)絡(luò)3和輻射貼片4，介質(zhì)基板2由常用的FR4(環(huán)氧樹脂)板材料做成，相對(duì)介電常數(shù)為4.4，損耗正切值為0.02，厚度為1.6mm，天線的形狀如圖1所示，天線采用側(cè)饋方式，輸入阻抗為50Ω。

本實(shí)施例中的天線是通過蝕刻方法制作在規(guī)格尺寸為35mm×30mm×1.6mm的介質(zhì)基板2上，接地板1刻蝕于介質(zhì)基板2一側(cè)，介質(zhì)基板2的另一側(cè)刻蝕有饋電網(wǎng)絡(luò)3和輻射貼片4，饋電網(wǎng)絡(luò)3由微帶線構(gòu)成，接地板1為矩形結(jié)構(gòu)并與介質(zhì)基板2等寬，寬度均為30mm，輻射貼片4的上部刻蝕有凹槽5，本實(shí)施例中凹槽5的寬為15mm，凹槽5的左右兩側(cè)相對(duì)稱地一體設(shè)置有凸形凸塊6(見圖3)，凸形凸塊6的凸起的高度為1mm，凸形凸塊6之間的距離為5mm，在輻射貼片4的下部的左右兩側(cè)相對(duì)稱地設(shè)有梯形結(jié)構(gòu)7。

如圖4所示為本發(fā)明天線經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后的具體的尺寸，參數(shù)如下：L＝35mm，L1＝13.5mm，L2＝13.5mm，L3＝14.5mm，L4＝16.5mm，L5＝9.5mm，L6＝11.5mm，L7＝12.5mm，L8＝14.5mm，W＝30mm，W1＝5mm，W2＝9mm，W3＝15mm，W4＝17mm，W5＝13mm，h1＝5m，介質(zhì)基板2厚度為1.6mm，介質(zhì)基板2下面是矩形的接地板1。圖5是本發(fā)明天線在發(fā)生形變情況下的主視圖。

為了研究天線的輻射特性，運(yùn)用全波三維電磁仿真，對(duì)天線在4GHz頻率處進(jìn)行仿真優(yōu)化，得到天線在不同頻率處的方向圖，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。圖6中為天線在不發(fā)生形變正常工作下的回波損耗，圖7中為天線沒發(fā)生形變時(shí)在4GHz頻率處輻射方向圖；圖8中為所設(shè)計(jì)的天線在發(fā)生形變情況下的回波損耗；圖9中為所設(shè)計(jì)的天線在發(fā)生形時(shí)在4GHz頻率處輻射方向圖。

經(jīng)過仿真分析，可知本發(fā)明天線在非形變時(shí)在3.1-7.2GHz頻段具有良好的傳輸特性，具有較寬的可用帶寬，滿足人們的可穿戴應(yīng)用；除此之外，天線在發(fā)生較大形變時(shí)依然能夠保持較寬的工作頻帶以及標(biāo)準(zhǔn)的輻射方向，滿足柔性天線的功能要求，可以集成到衣物上進(jìn)行可穿戴應(yīng)用，從而提高了該天線的實(shí)用性。

在圖6中可以看出，天線非形變時(shí)在3.1-7.2GHz頻段具有小于-10dB的回波損耗，具有4.1GHz的工作帶寬。在圖7中可以看出，天線非形變時(shí)在4GHz頻率處具有良好的輻射方向特性。在圖8中可以看出，天線在形變后其最佳諧振頻率點(diǎn)發(fā)生了偏移，但是工作帶寬所在頻段并沒有發(fā)生變化，因此依然能夠滿足形變之前的天線性能。在圖9中可以看出，天線形變后在4GHz頻率處也具有很好的輻射方向特性，滿足天線的功能指標(biāo)。

研究結(jié)果表明：該天線形變前后在3.1-7.2GHz頻段內(nèi)的回波損耗都小于-10dB，并且具有良好的輻射性能，滿足柔性可穿戴系統(tǒng)對(duì)天線設(shè)計(jì)的要求。

本發(fā)明并不限于上文描述的實(shí)施方式。以上對(duì)具體實(shí)施方式的描述旨在描述和說明本發(fā)明的技術(shù)方案，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，并不是限制性的。在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下還可做出很多形式的具體變換，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。