小型化可穿戴微带天线设计

发布时间：2020-07-19 05:09

【摘要】：随着可穿戴智能设备的普及和无线通信的高速发展,研究美观、智能、便携的可穿戴天线的重要性日益提高。本文概述了可穿戴天线的研究现状,测试了几种用于可穿戴天线的常用纺织物材料的介电常数,以被测纺织物材料为基板完成了两款工作于2.42GHz~2.484GHz、5.725GHz~5.85GHz频段的柔性可穿戴微带天线设计,然后完成了两款工作于27.5GHz~28.35GHz频段的可穿戴微带天线设计,测试分析了人体条件下各个天线的性能,展望它们未来的发展前景。主要研究内容如下:为了提高所设计天线的便携性、舒适度等,选择牛仔布作为天线基板,铜箔胶带作为辐射单元设计了两种双频段(2.45GHz,5.8GHz)柔性可穿戴微带天线并制作成实物。迂回折叠形柔性可穿戴微带天线采用了弯折线的方式,对主辐射单元进行了弯曲折叠,通过仿真软件计算得到天线低频段中心频率是2.45GHz,-10dB带宽为2.33GHz~2.68GHz,高频段中心频率是5.8GHz,-10dB带宽为5.59GHz~5.98GHz,天线的测试结果与仿真结果比较匹配,两者均能满足设计要求,将天线置于人体环境中,得到的仿真和测试结果差异不大,天线性能受人体影响较小。多枝节柔性可穿戴微带天线采用多个枝节相连接的结构,在获得双频带的同时,大大缩小了天线的尺寸,通过仿真软件计算得到天线低频段中心频率是2.45GHz,-10dB带宽为2.3GHz~2.55GHz,高频段中心频率是5.8GHz,-10dB带宽为5.55GHz~6.6GHz,将天线加工成实物进行测试,测试结果与仿真结果基本相符均能满足设计要求,将天线置于人体环境中,进行仿真计算以及实际测试,实测的回波损耗图和仿真保持结果比较一致,且都覆盖双频段。随着5G通信的高速发展以及无线设备的小型化,研究更高频段、更小体积的智能可穿戴天线十分必要。本文选择美国FCC规定的5G授权频段(27.5GHz~28.35GHz)设计了两种工作于28GHz频段的可穿戴微带天线并加工制作成天线实物。共面波导形可穿戴微带天线,采用共面波导馈电方式,进一步降低了所设计天线的回波损耗,将天线性能进行改善,在仿真软件中计算得到天线中心频率是28GHz,-10dB带宽是27.40GHz~28.66GHz,将天线进行加工测试,测试结果的回波损耗与仿真结果较为符合,均可以覆盖美国FCC规定的28GHz频段,将天线置于人体三层模型中进行仿真计算,得到天线在人体模型中的回波损耗图与无人体模型时基本相符,说明这款天线的近人体特性表现良好。背面开矩形环槽可穿戴微带天线,采用背面开槽的方法,完成天线小型化设计,在仿真软件中计算得到天线的中心频率是28GHz,-10dB带宽是27.3GHz~28.68GHz,将天线加工成实物进行测试,测试所得的结果与仿真结果的差异在可接受范围内,均满足美国FCC规定的28GHz频段,对天线近人体特性进行了仿真测试,天线的各方面性能与没有人体模型时相差不大,该天线在智能可穿戴领域具有很好的应用前景。
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP368.33;TN823
【图文】：

市场,产品,手镯,智能

天线研究意义可穿戴产品在市场上的主要应用包括手环、手表、眼的 Apple Watch，国内华为、小米的智能手环，谷歌推1.1（a）、（b）所示。广大厂商还在争相把目标瞄准衣如英特尔的“MICA”智能手镯、施华洛世奇的太阳 Shine 水晶手镯）系列等在内的可穿戴产品在以后也、（d）所示。由此可见，可穿戴设备不仅是科技的进，它既可以紧跟目前科技的高速发展，又可以兼具实用（a）Apple Watch （b）谷歌智能眼镜

天线,泡沫,基板,消防工作

]。同年，C. Hertleer 等学者设计线，如图 1.2 所示，这种天线采用 1.52，厚度约为 3.94mm，导电部频段[26]。聚乙烯闭孔泡沫板能够应用在需要防火防水的消防工作

分集天线,实物,去耦合,尺寸

es、B. Poussot 等学者设计了如图 1.3 所看出，这款天线主要由两部分组成，分分在接地板上配置了去耦合的槽线，槽得两者之间隔离度为 21dB 以上，这款稳定[27]。

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