本實(shí)用新型涉及無線通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別地，涉及一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線。
背景技術(shù)：
：人體中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是新興的具有廣泛應(yīng)用前景的無線通信技術(shù)，近年來受到了極大的關(guān)注。天線設(shè)計(jì)是人體中心網(wǎng)絡(luò)和可穿戴無線系統(tǒng)研究中的核心問題之一，國(guó)內(nèi)外近年來相關(guān)天線實(shí)現(xiàn)途徑主要包括以下幾方面：一、含銀納米線的小型化平面天線，首先使用模板將銀納米線排列為特定的圖案，然后鋪上一層液體聚合物，待聚合物凝固后，形成包含預(yù)期圖案的彈性材料，該圖案材料能構(gòu)成帶貼片天線的輻射組件，通過調(diào)整其形狀，控制天線工作頻率。二、金屬鈕扣或金屬皮帶扣天線。尺寸小，具有一定的輻射能力，對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)、頻率較高的系統(tǒng)，其電尺寸才有優(yōu)勢(shì)。三、標(biāo)志天線，主要是以箱包、衣服上的標(biāo)志(logo)作為天線進(jìn)行可穿戴系統(tǒng)輻射和接收工具，比如韓國(guó)2015年發(fā)表的路易威登LV形狀的天線，使用具有一定導(dǎo)電性的材料替代原始布藝材料，保持商標(biāo)形狀和尺寸不變。還有人研究使用蘋果(Apple)公司的帶缺口的蘋果作為天線，應(yīng)用纖維質(zhì)材料，也獲得了一定的輻射和接收能力。四、金屬材料的變形振子天線、環(huán)天線等，其尺寸很小，做到系統(tǒng)中，跟目前主流的手機(jī)天線類似，通常比手機(jī)天線更小。五、微帶天線、金屬平面分形天線等，應(yīng)用彎折、自相似等原理和方法，盡量壓縮微帶基板厚度，減小天線尺寸和重量。上述現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用的天線均存在不足，具體表現(xiàn)為：布料織物天線由于其導(dǎo)電性弱，導(dǎo)致輻射能力弱，輻射增益低，總體效率不高，能量損失較大；變形振子天線和環(huán)天線，以及紐扣天線和皮帶扣天線等的共同缺點(diǎn)是物理尺寸小、電尺寸受限、射方向較弱，輻射和接收無線電能量不夠集中；微帶天線、分形天線等，相對(duì)于用戶需求來說，體積仍然不夠小，安裝亦不是很方便，因其為外設(shè)突出結(jié)構(gòu)，固定的牢靠性和體積占用不可避免。運(yùn)動(dòng)服飾廠商目前開發(fā)的可穿戴信息化系統(tǒng)，相當(dāng)一部分并沒有提供無線互聯(lián)功能。在少數(shù)具有天線的系統(tǒng)中，通常使用小型化天線設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的低增益天線。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線，以解決現(xiàn)有技術(shù)可穿戴式無線系統(tǒng)或人體中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中天線的輻射能力弱、增益低、方向性差的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線，包括作為天線主體的眼鏡框和設(shè)置于所述眼鏡框上的饋電裝置，所述眼鏡框的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，所述饋電裝置包括微帶介質(zhì)基板、設(shè)置于所述微帶介質(zhì)基板上的金屬地、以及饋電探針，所述饋電探針貫穿所述金屬地和微帶介質(zhì)基板與所述眼鏡框連接，所述微帶介質(zhì)基板與所述眼鏡框之間設(shè)有0～2mm的間隙。優(yōu)選的，所述微帶介質(zhì)基板與所述眼鏡框之間設(shè)有1～2mm的間隙。優(yōu)選的，所述眼鏡框包括兩個(gè)鏡框環(huán)、連接兩所述鏡框環(huán)的連接柱、鏡腿以及用于鉸接所述鏡框環(huán)與所述鏡腿的鉸接軸，所述饋電裝置設(shè)置于所述鏡框環(huán)、連接柱、鏡腿或所述鏡框環(huán)與所述鏡腿的鉸接軸上，所述饋電探針與所述鏡框、連接柱、鏡腿或所述鉸接軸連接。優(yōu)選的，所述鏡框環(huán)為全框或半框的鏡框環(huán)，所述鏡框的寬度為1～2.5mm，所述鏡框的高度為17～32mm。優(yōu)選的，所述鏡框環(huán)上安裝有鏡片，所述鏡片為玻璃鏡片、有機(jī)玻璃鏡片或樹脂鏡片。優(yōu)選的，所述饋電裝置還包括設(shè)置于所述金屬地上的同軸接頭，所述饋電探針貫穿所述同軸接頭設(shè)置。優(yōu)選的，所述微帶介質(zhì)基板和金屬地均為邊長(zhǎng)等于6mm的正方形，所述微帶介質(zhì)基板的厚度為1.2mm，所述金屬地的厚度為0.035mm。優(yōu)選的，所述金屬地為銅板或鋁板。優(yōu)選的，所述饋電探針的長(zhǎng)度為6mm，直徑為1.12mm。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果：(1)本實(shí)用新型的一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線，包括金屬材質(zhì)的眼鏡框和饋電裝置，饋電裝置包括微帶介質(zhì)基板、金屬地以及饋電探針，饋電探針貫穿金屬地和微帶介質(zhì)基板與眼鏡框連接，微帶介質(zhì)基板與眼鏡框之間設(shè)有0～2mm的間隙。本實(shí)用新型采用固有的金屬眼鏡框作為輻射體，顯著增大了天線尺寸，改變了天線的電長(zhǎng)度，輻射能力強(qiáng)、輻射增益高、能量損失較小，且天線輻射材料使用眼鏡框本身，不增加用戶額外安裝困難和負(fù)擔(dān)，實(shí)用性強(qiáng)。(2)本實(shí)用新型的一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線，增大了可穿戴無線系統(tǒng)天線的選擇范圍，饋電裝置安裝方便，結(jié)構(gòu)牢靠，價(jià)格低，重量輕，體積小，減輕了用戶使用負(fù)擔(dān)。(3)本實(shí)用新型的一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線，預(yù)期還可作為一種較為通用的工具，推廣應(yīng)用于無線導(dǎo)航與定位、空間電磁能量收集和充電、數(shù)字多媒體、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市、智能家居、運(yùn)動(dòng)及醫(yī)學(xué)和健康數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)傳輸?shù)榷喾N領(lǐng)域。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖說明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1是本實(shí)用新型的一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型中眼鏡框天線的側(cè)視圖；圖3是本實(shí)用新型中饋電裝置的俯視圖；圖4是不同寬度鏡框情況下眼鏡框天線的仿真反射系數(shù)曲線；圖5是不同高度鏡框情況下眼鏡框天線的仿真反射系數(shù)曲線；圖6是鏡片采用玻璃鏡片、有機(jī)玻璃和樹脂鏡片情況下眼鏡框天線的仿真反射系數(shù)曲線；圖7是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)眼鏡框天線E面和H面輻射方向圖；圖8a是饋電裝置分別安裝在鏡框環(huán)上方中間、鏡腿末端以及鏡腿與鏡框圓環(huán)交接處時(shí)E面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖；圖8b是是饋電裝置分別安裝在鏡框環(huán)上方中間、鏡腿末端以及鏡腿與鏡框圓環(huán)交接處時(shí)H面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖；圖9a是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的E面輻射方向圖；圖9b是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的H面輻射方向圖；圖10a是鏡框環(huán)下部切割掉5mm、10mm、15mm情況下的E面輻射方向圖；圖10b是鏡框環(huán)下部切割掉5mm、10mm、15mm情況下的H面輻射方向圖；圖11是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的仿真和實(shí)測(cè)反射系數(shù)曲線；圖12a是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的仿真和實(shí)測(cè)E面輻射方向圖；圖12b是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的仿真和實(shí)測(cè)H面輻射方向圖；其中，1、眼鏡框，11、鏡框環(huán)，12、連接柱，13、鏡腿，2、饋電裝置，21、微帶介質(zhì)基板，22、金屬地，23、饋電探針，24、同軸接頭，3、鏡片。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。如圖1至圖3所示，本實(shí)用新型的一種用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線，包括作為天線主體的眼鏡框1和設(shè)置于眼鏡框上的饋電裝置2，眼鏡框1的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，饋電裝置包括微帶介質(zhì)基板21、設(shè)置于微帶介質(zhì)基板上的金屬地22以及饋電探針23，饋電探針23貫穿金屬地22和微帶介質(zhì)基板21與眼鏡框1連接，微帶介質(zhì)基板21與眼鏡框1之間設(shè)有0～2mm的間隙。優(yōu)選的，微帶介質(zhì)基板21與眼鏡框1之間設(shè)有1～2mm的間隙。在一種具體的實(shí)施方式中，眼鏡框1包括鏡框環(huán)11、連接兩個(gè)鏡框環(huán)11的連接柱12、鏡腿13以及用于鉸接鏡框環(huán)與鏡腿的鉸接軸，饋電裝置2設(shè)置于鏡框環(huán)11、鏡腿12、或鏡框環(huán)與鏡腿的鉸接軸上，饋電探針23與鏡框環(huán)11、鏡腿12或鉸接軸連接。在一種具體的實(shí)施方式中，鏡框環(huán)為全框或半框的鏡框；鏡框的寬度為1～2.5mm。鏡框環(huán)11上安裝有鏡片3，鏡片3為玻璃鏡片、有機(jī)玻璃鏡片或樹脂鏡片。進(jìn)一步的，饋電裝置2還包括設(shè)置于金屬地22上的同軸接頭24，饋電探針23貫穿同軸接頭24設(shè)置。微帶介質(zhì)基板21和金屬地22均為邊長(zhǎng)等于6mm的正方形，微帶介質(zhì)基板的厚度為1.2mm，金屬地的厚度為0.035mm。饋電探針23的長(zhǎng)度為6mm，直徑為1.12mm。金屬地22為導(dǎo)電性能好的銅或鋁板。在本實(shí)用新型中，針對(duì)本實(shí)施例的用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的眼鏡框天線，在微波暗室中進(jìn)行天線反射系數(shù)、天線輻射方向、天線電流分布等測(cè)試，使用安立Anritsu公司37369A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，配合超寬帶加脊喇叭天線和水平單軸轉(zhuǎn)臺(tái)，完成電壓駐波比、方向圖等技術(shù)指標(biāo)測(cè)試，分別獲得水平和垂直極化方向性數(shù)據(jù)。采用加脊喇叭天線作為發(fā)射端，眼鏡框天線佩戴于人體模型上，并放置在轉(zhuǎn)臺(tái)中間，作為接收端，兩天線距離5m，高度一致，發(fā)射信號(hào)并讀取矢網(wǎng)的S參數(shù)。為了更為逼真地模擬人體結(jié)構(gòu)的電磁特性，人體模型內(nèi)部以部分豬肉填充，測(cè)試帶寬為40MHz-8.0GHz，具體情況如下：圖4是不同寬度鏡框情況下眼鏡框天線的仿真反射系數(shù)曲線，鏡框?qū)挾确謩e為1.0mm、1.5mm、2.0mm和2.5mm。表1給出了不同寬度鏡框的眼鏡框天線頻率特性，包括諧振頻率、工作頻率范圍以及相對(duì)帶寬。表1不同寬度鏡框的眼鏡框天線頻率特性由圖4和表1可見，在鏡框的寬度從1.0mm開始以0.5mm為步進(jìn)變化到2.5mm時(shí)，眼鏡框天線的諧振頻率從5.22GHz分別升高為5.28GHz、5.29GHz和5.33GHz，鏡框?qū)挾葘?duì)天線匹配性能具有影響。通常來說，不同鏡框的基本形狀是相似的，但為了減輕眼鏡的重量和實(shí)現(xiàn)更為時(shí)尚的造型，越來越多的鏡框進(jìn)行了切割，變成了半框眼鏡。圖5是不同高度鏡框情況下眼鏡框天線的仿真反射系數(shù)曲線，鏡框高度分別為32mm、27mm、22mm、17mm。表2給出了鏡框在不同的切割情況下對(duì)應(yīng)的天線匹配頻率特性。表2鏡框在不同的切割情況下對(duì)應(yīng)的天線匹配頻率特性由圖5和表2可見，四種情況下眼鏡框天線的相對(duì)帶寬都超過了10％，其中，鏡框高度不做切割(即鏡框環(huán)為全框)的天線相對(duì)帶寬為14.5％。鏡框高度從32mm以5mm的步進(jìn)減少到17mm的過程中，眼鏡框天線的諧振頻率分別從5.81GHz升高到5.83GHz、5.85GHz和6.10GHz。其中，除第一種情況中鏡框環(huán)為閉合環(huán)式的全框，其余鏡框環(huán)都是半框。圖6是鏡片采用玻璃鏡片、有機(jī)玻璃和樹脂鏡片情況下眼鏡框天線的仿真反射系數(shù)曲線。玻璃鏡片、有機(jī)玻璃和樹脂鏡片的介電常數(shù)分別是4.82、3.6和2.5，按照介電常數(shù)降低的順序，天線的頻率從5.04GHz上升到5.22GHz和5.81GHz，鏡片作為眼鏡的主體部分也會(huì)對(duì)天線回波損耗產(chǎn)生影響。上述圖4和圖5中的鏡片分別采用有機(jī)玻璃和樹脂鏡片。圖7是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)眼鏡框天線E面和H面輻射方向圖；鏡片采用有機(jī)玻璃鏡片，天線的中心工作頻率為5.28GHz。圖8a是饋電裝置分別安裝在鏡框環(huán)上方中間、鏡腿末端以及鏡腿與鏡框環(huán)交接處時(shí)E面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖；圖8b是饋電裝置分別安裝在鏡框環(huán)上方中間、鏡腿末端以及鏡腿與鏡框環(huán)交接處時(shí)H面遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖；其中，饋電裝置的饋電點(diǎn)均位于眼鏡框的右半部分。由圖8a和圖8b可見，眼鏡框天線的主瓣不再保持在人體正前方中線上，而是偏向了右邊與對(duì)應(yīng)的饋電點(diǎn)位置一致。除了上述大范圍移動(dòng)饋電點(diǎn)之外，饋電點(diǎn)還可以在兩個(gè)鏡框環(huán)之間的連接柱上左右移動(dòng)。圖9a是饋電點(diǎn)安裝在眼鏡框的連接柱上時(shí)E面輻射方向圖；圖9b是饋電點(diǎn)安裝在眼鏡框的連接柱上時(shí)H面輻射方向圖。饋電點(diǎn)從連接柱中心分別向右移動(dòng)3.5mm和7.0mm，由于饋電點(diǎn)偏離連接柱的中心位置，方向圖主瓣亦出現(xiàn)移動(dòng)，但最大輻射方向的移動(dòng)方向與饋電點(diǎn)的偏移方向相反。圖10a是鏡框環(huán)下部切割掉5mm、10mm、15mm情況下的E面輻射方向圖；圖10b是鏡框環(huán)下部切割掉5mm、10mm、15mm情況下的H面輻射方向圖；其中，眼鏡框的高度為32mm。對(duì)于E面來說，鏡框環(huán)切掉的越多，增益降低越大，方向圖主瓣變窄也越多。表3給出了鏡框環(huán)切割掉不同高度情況下的眼鏡框天線增益和3分貝寬度，在工作頻率為5.81GHz時(shí)的最高增益可達(dá)8.18dBi。表3鏡框環(huán)切割掉不同高度情況下的眼鏡框天線增益和3分貝寬度統(tǒng)計(jì)鏡框環(huán)切割掉的高度(mm)51015增益(dBi)6.637.398.183分貝寬度(°)25.631.049.6在本實(shí)用新型中，具體使用一個(gè)眼鏡原型進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證，微帶基板材料使用RO3203，尺寸為6mm×6mm，厚度1.2mm，并安裝同軸連接器。使用Anritsu公司的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)37369A測(cè)試仿真反射系數(shù)曲線和實(shí)測(cè)反射系數(shù)曲線。圖11是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的仿真和實(shí)測(cè)反射系數(shù)曲線，給出了頻率從40MHz到8.0GHz實(shí)測(cè)結(jié)果和仿真計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，二者吻合較好，特別是在諧振點(diǎn)5.80GHz附近，驗(yàn)證了本實(shí)用新型眼鏡框天線的有效性。本實(shí)用新型的眼鏡框天線輻射方向圖在微波暗室中進(jìn)行測(cè)量，使用寬帶加脊喇叭作為輔助發(fā)射天線，人體模型中內(nèi)置部分豬肉。圖12a是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的仿真和實(shí)測(cè)E面輻射方向圖；圖12b是饋電裝置安裝在連接柱中間位置時(shí)的仿真和實(shí)測(cè)H面輻射方向圖。由圖可見，眼鏡框天線輻射方向的E面和H面的仿真與實(shí)測(cè)輻射方向圖均比較吻合，特別是主瓣和部分副瓣位置，進(jìn)一步驗(yàn)證了本實(shí)用新型眼鏡框天線的有效性。本實(shí)用新型的眼鏡框天線，鏡框?qū)挾取㈢R框高度、鏡片的材質(zhì)以及饋電裝置的安裝位置影響天線的工作頻率，可滿足不同的需求。本實(shí)用新型的眼鏡框天線，采用眼鏡框作為天線主體，用于輻射和接收電磁波，是無線通信、無線探測(cè)、無線傳感、無線電導(dǎo)航定位等領(lǐng)域的一種工具。具體是：利用固有的金屬眼鏡框作為輻射體，對(duì)其施加合適的激勵(lì)，注入微波信號(hào)，借助不同眼鏡框所具備的電磁輻射性能，將信號(hào)發(fā)射出去，作為發(fā)射天線用；或者是，利用眼鏡框?qū)罩须姶艌?chǎng)的感應(yīng)和捕獲能力，從空間耦合電磁信號(hào)，引入人體中心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)從空間無線到電路有線之間的能量轉(zhuǎn)換，作為接收天線用。本實(shí)用新型可顯著增大天線尺寸，改變天線的電長(zhǎng)度，且天線輻射材料使用現(xiàn)有的眼鏡框本身，不增加用戶額外安裝困難和負(fù)擔(dān)。本實(shí)用新型的眼鏡框天線不僅可應(yīng)用于人體中心網(wǎng)絡(luò)的無線互聯(lián)和智能可穿戴領(lǐng)域，還可作為一種較為通用的工具，推廣應(yīng)用于無線導(dǎo)航與定位、空間電磁能量收集和充電、數(shù)字多媒體、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市、智能家居、運(yùn)動(dòng)及醫(yī)學(xué)和健康數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)傳輸?shù)榷喾N領(lǐng)域。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3