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设计一种结构紧凑的可穿戴共形天线和仿真说明

消耗积分:1 | 格式:pdf | 大小:0.34 MB | 2020-07-07

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　　本文提出了一种结构紧凑的可穿戴天线并加载模拟人体进行仿真。天线结构为印制在FR4介质基板上的正弦形对称振子，通过梯形渐变线巴伦平衡馈电，天线尺寸为0.4λ×0.096λ×0.008λ（λ为谐振频率对应波长）。在CST软件中对天线建模，仿真结果表明天线在2.28GHz-2.57GHz频带范围内，电压驻波比（VSWR）小于2，最大增益大于2.3dBi。模拟人体结构包括皮肤，脂肪，肌肉三层结构，加载模拟人体后天线谐振频率变化小，方向图稳定，2.4GHz工作频率下最大增益大于 5.8dBi。天线结构简单，实用性好，适用于蓝牙、WIFI等以人体为中心的短距离无线通信。

　　一、引言

　　近年来，以人体为中心的无线通信被广泛应用于不同领域，例如远程医疗，卫星通信，全球定位系统等。可穿戴天线作为人体中心通信辐射和接收电磁波的的装置，起着重要作用。所谓可穿戴天线，就是指天线以特殊的结构或者特殊的材料构成，从而集成到人体所穿戴的衣物上。可穿戴式天线在设计时必须考虑以下要求：具备稳定的电特性；结构紧凑，重量轻；易于与身体或设备共形。国内外对于可穿戴天线的研究主要在于：1、在人体的不同位置放置平面印刷天线获得所需要的性能［1］［2］，2、与衣物集成化设计的特殊材料共形天线［3］，如集成在纽扣上［4］和皮带上［5］的可穿戴天线。然而，在可穿戴天线的设计中，通常会出现以下问题：由于可穿戴天线是集成在衣物上或者人体表面的，因此天线工作于人体附近［6］［7］，而人体可以看作一种特性复杂的介质，必然对天线的性能参数产生影响［8］［9］，主要影响是由于辐射能量部分被人体吸收，使得辐射效率降低（据估计，移动电话的最高效率为30～50％，而最差只能达到3～5％）。故而对穿戴式天线的研究主要集中于如何保持与人体的共形性以及如何获得高增益。本文提出了一种阻抗带宽覆盖ISM 2.4GHz频段的可穿戴天线，具有小型化，可共形的特点。为了能够实现所需功能，对天线结构尺寸在CST中建模仿真优化，并且对天线加载模拟人体来验证天线的工作稳定性与实用性。

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