体域网超宽带天线设计及应用研究

发布时间：2018-01-05 00:28

  本文关键词：体域网超宽带天线设计及应用研究　出处：《电子科技大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：超宽带(UWB,Ultra Wideband)通信技术的显著优点是低功耗、高速率和低复杂度,与之相适应的高性能超宽带天线具有小型化、低剖面、超宽带、稳定的增益和方向图、时域高保真度等特点;体域网(BAN,Body Area Network)是近些年来在电磁学和生物医学领域兴起的一种以人体为中心的无线网络,这种网络不仅要求较高的通信服务质量,同时还须考虑人体的安全健康。因此,以体域网为应用背景,结合具有低发射功率和高传输速率的超宽带通信技术设计出适合人体特殊电磁环境的小型化超宽带天线,具有很大的应用潜力和研究价值。本论文首先简单介绍了超宽带技术、超宽带天线及体域网的国内外研究状况,紧接着对超宽带天线的基础理论和设计方法作了系统性的总结。然后,本论文以体域网为应用背景,提出了一款基于金属地协同辐射结构的超宽带全向天线(OA,Omnidirectional Antenna),该天线的尺寸为27×31×1.6mm3,工作带宽为2.38GHz~11.8GHz。相比较于本文参考的原型天线(HMA,Hexagonal Monopole Antenna)而言,OA的工作带宽相当,但尺寸却缩减了32.9%。更为重要的是,OA在超宽带范围内各频率点的远场辐射方向图获得了较好的一致性。一致的全向辐射特性使得OA的功率空间分布更为均匀,可以稳定和灵活地发射具有超低功率的UWB信号以用于体域网通信,有效保证了通信质量和人体辐射安全。最后,在前述提出的超宽带全向天线(OA)结构基础上设计了一款层叠式超宽带定向天线(DA,Directional Antenna),并将该天线置于自由空间和人体体表,研究人体与天线之间的相互影响。仿真与测量结果表明:DA的电性能和辐射性能几乎不会受到人体电磁环境的影响,而人体的比吸收率(SAR,Specific Absorption Rate)也因使用该天线而大幅降低,超宽带定向天线(DA)可应用于体域网体外通信模式(Off-body Communication)。较之超宽带全向天线(OA)而言,DA的辐射具有区域和方向性限制,但DA的优点在于:该天线不仅可以使用超低发射功率的UWB信号,也能兼容性地使用常规的窄带信号进行体域网通信,其良好的定向辐射特性仍然可以保证通信质量和人体辐射安全。论文结尾部分进行了全文总结、展望与致谢。
[Abstract]:Ultra - wideband ( UWB ) communication technology has the advantages of low power consumption , high speed and low complexity . The high performance ultra - wideband antenna with low power consumption and high transmission rate has the characteristics of miniaturization , low profile , ultra wide band , stable gain and directional diagram , high fidelity in time domain . The ultra - wideband directional antenna ( DA ) can be applied to the in vitro communication mode ( Off - body Communication ) . Compared with the ultra - wideband omnidirectional antenna ( OA ) , the radiation of DA has regional and directional limitations , but the advantage of DA is that the antenna not only can use ultra - low transmit power UWB signal , but also can use the conventional narrow - band signal to carry out the body - domain network communication , and the good directional radiation characteristic can ensure the communication quality and human radiation safety .

【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822.8

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本文编号：1380799