CN110416710B - 一种小型纺织可穿戴微带天线结构 - Google Patents

一种小型纺织可穿戴微带天线结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种小型纺织可穿戴微带天线结构，包括介质基板，所述介质基板的正反两端分别设有上层辐射贴片和底层接地板，所述上层辐射贴片为矩形，所述矩形的一条竖直边和一条水平边上各开设有一个T型槽，其中，开设有T型槽的水平边上还开设有一个矩形槽。本发明使得天线尺寸减小、带宽增大，且不会增大天线的背向辐射。

Description

一种小型纺织可穿戴微带天线结构
技术领域
本发明涉及纺织可穿戴技术领域，特别是涉及一种小型纺织可穿戴微带天线结构。
背景技术
天线在无线通讯***中起着至关重要的作用，随着互联网通讯技术的发展，能够促进人体与物体交流的体域网(BodyAreaNetwork)逐渐成为研究热点。体域网是分布在人体周围的一种网络，主要用来检测和传输人体的生理数据，并同其他网络协作，将人体纳为整个网络的一部分。在体域网中，可穿戴天线承担了人体与物体的信号传输功能。可穿戴天线一般使用导电织物或者柔性材料作为基板，便于天线与人体的共形。可穿戴天线大多采用介电常数较高的柔性材料，如聚二甲基硅氧烷、Kapton、Vinyl、松下R-F770材料等。然而这些柔性材料与纺织服装的共型性远小于纺织材料，因此对纺织材料制备可穿戴天线的研究越来越重要，并且要求纺织可穿戴天线在满足频带宽度和频带范围的同时，尽可能将天线做到小型化以及减小对纺织材料舒适性的破坏。
微带天线具有体积小、重量轻、制造工艺简单、容易实现共形等优点，适合被选用作为纺织可穿戴天线。微带天线的小型化方式有曲流、加载等，其中曲流的实现方式最简单，而且易满足纺织可穿戴天线的小型化设计要求。曲流技术，即在天线辐射源贴片上开槽，增加天线表面电流路径，降低天线谐振频率进而缩小天线尺寸，并且通过改变开槽结构可以增大天线的带宽。
Guo等人提出了一种具有2.4GHz和5.5GHz双频的嵌入式倒置T槽圆形微带贴片天线，通过在天线表面加载T型槽，缩小了天线尺寸并产生了双频带，但未增加微带天线在单频带处的带宽，介质基板采用的是硬质的FR4印刷电路板，不适用于可穿戴。Murugan,S等人提出了一种用于无线应用的多频微带天线，也是通过加载T型槽，通过改变T型槽尺寸优化得出多频带微带天线，多频率为1.57GHz、1.57GHz和3.4GHz。Asutosh Dhar Dwivedi等人提出了一种应用在C波段、X波段和Ku波段的四角弧型微带贴片天线，通过在天线接地板上加载T型槽，实现了3.68GHz到16.37GHz的带宽，但是未覆盖蓝牙频段，而且由于在地板上进行开槽，增大了天线的背向辐射，不利于可穿戴。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种小型纺织可穿戴微带天线结构，使得天线尺寸减小、带宽增大的同时，不会增大天线的背向辐射。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种小型纺织可穿戴微带天线结构，包括介质基板，所述介质基板的正反两端分别设有上层辐射贴片和底层接地板，所述上层辐射贴片为矩形，所述矩形的一条竖直边上开设有第一垂直槽部分，所述矩形内部开设有第一水平槽部分，所述第一垂直槽部分与第一水平槽部分相连形成第一T型槽；所述矩形的一条水平边上开设有第二水平槽部分，所述矩形内部开设有第二垂直槽部分，第二水平槽部分与第二垂直槽部分相连形成第二T型槽，其中，开设有第二水平槽部分的水平边上还开设有一个矩形槽。
所述介质基板采用介电常数小于3.9的纺织材料制成。
所述上层辐射贴片采用丝网印刷的方式在介质基板上印刷导电银浆制作得到。
所述第一T型槽的第一水平槽部分的长度为18mm，所述第二T型槽的第二垂直槽部分的长度为10mm。
所述矩形槽伸入上层辐射贴片的长度为14mm。
所述第一T型槽、第二T型槽和矩形槽的缝隙宽度为0.5mm～1mm。
所述微带天线结构的馈电方式为同轴馈电。
所述上层辐射贴片中心至馈电点的距离为14mm，所述馈电点位于上层辐射贴片的中心竖直线上。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明所涉及的天线实现了小型化的要求，满足天线在穿戴时的柔性等要求；天线在矩形微带天线的基础上通过开双T型槽减小天线尺寸的同时，产生了双谐振点；通过开矩形槽以及调节T型槽尺寸使得双谐振点靠近并合并，进而增大了天线带宽；整个天线结构简单，易于制作和调整谐振点来匹配天线所应用的频段。
附图说明
图1为本发明纺织可穿戴微带天线整体结构示意图；
图2为本发明纺织可穿戴微带天线的回波损耗示意图；
图3为本发明纺织可穿戴微带天线的增益参数示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种小型纺织可穿戴微带天线结构，如图1所示，包括介质基板1，所述介质基板1的正反两端分别设有上层辐射贴片2和底层接地板，所述上层辐射贴片2为矩形，所述矩形的一条竖直边和一条水平边上各开设有一个T型槽3，其中，开设有T型槽3的水平边上还开设有一个矩形槽4。微带天线结构的馈电方式为同轴馈电。
其中，介质基板可以采用低介电常数的纺织材料制成，例如采用低介电常数的涤纶毡，其相对介电常数为1.25，介电损耗为0.02，选用的涤纶毡表面未做涂层处理，未改变织物的舒适性。若选用介电常数较高的纺织材料可以进一步减小本发明天线的尺寸，同时也不限于涤纶纺织材料，也可以选用棉、麻、丝、毛、化纤等相关类的纺织品。上层辐射贴片可以采用丝网印刷的方式在介质基板上印刷导电银浆制作而成。
下面通过一个具体的实施例来进一步说明本发明。
如图1所示，本实施例中的加载T型槽的小型纺织可穿戴微带天线结构分为六部分，分别为介质基板1、天线辐射源贴片2、T型槽3、矩形槽4、接地板和同轴馈电点5。介质基板1采用厚度为3mm的涤纶毡，尺寸为70mm*70mm，其相对介电常数εr＝1.25，损耗正切tanδ＝0.02。介质基板1上表面是天线辐射源贴片2、矩形槽4和两个T型槽3，介质基板1下表面是接地板和50Ω同轴馈电点。天线的具体参数如表1所示。
表1天线参数表
Figure GDA0002621583420000031
Figure GDA0002621583420000041
天线是在自由空间工作的，为了制备出性能良好满足设计要求的天线，需要在HFSS电磁仿真软件中建立模型，优化相关参数，并对谐振点为2.45GHz的性能进行分析计算。完成仿真设计后，根据得到的最优尺寸参数，利用丝网印刷技术，将导电银浆印刷在涤纶毡上，制作出天线的辐射源贴片。为了减小导电银浆的使用量，本发明的天线接地板采用铜箔粘贴在介质基板下表面，最终得到所设计的纺织可穿戴天线。除此之外，为了达到良好的服用性能及实用性，天线的接地板亦可以采用丝网印刷的方法制备。
本发明为了减小天线的尺寸、增加天线的带宽，如图1所示，在天线辐射源贴片上开了两个T型槽，以增加天线表面电流路径，减小了辐射源贴片的尺寸，同时在2.45GHz附近出现了双谐振点。在此基础上，再在天线辐射源贴片上开一个矩形槽，同时调节两个T型槽的尺寸及馈电点位置，使两谐振点相互靠近，达到理想带宽。
为了提高纺织可穿戴微带天线制备的可行性，对天线辐射源贴片所加载的矩形槽和T型槽的有效缝隙宽度进行了分析，所开槽的缝隙宽度在0.5mm～1mm范围内，天线的性能均在设计要求内。
本发明在设计时所进行的模拟均在基于有限元算法的全波仿真软件HFSS中实现，并确定了最终尺寸。
使用矢量网络分析仪测试了天线的回波损耗参数(S11)，如图2所示，相对带宽为10.6％(2.45GHz，2.39～2.65GHz)。在微波暗室中测试了天线的增益如图3所示，可以看出天线在2.45GHz获得的最大增益为4.02dB。结果表明，天线的回波损耗参数S11实现2.39GHz～2.65GHz，在这个频段范围内，天线的最大增益为4.02dB。同时，S11参数的频段完全包含蓝牙频段(2400–2483.5MHz)，从而保证了设计的天线可以应用在这个频段的无线通信***中，并且增加了其使用的稳定性。本发明充分发挥了微带天线低剖面、体积小等优点，进一步减小了天线尺寸，并拓宽了微带天线的带宽，同时采用柔性的纺织材料作为天线的介质基板，使得所设计的天线满足可穿戴要求。

Claims (8)

1.一种小型纺织可穿戴微带天线结构，包括介质基板，所述介质基板的正反两端分别设有上层辐射贴片和底层接地板，其特征在于，所述上层辐射贴片为矩形，所述矩形的一条竖直边上开设有第一垂直槽部分，所述矩形内部开设有第一水平槽部分，所述第一垂直槽部分与第一水平槽部分相连形成第一T型槽；所述矩形的一条水平边上开设有第二水平槽部分，所述矩形内部开设有第二垂直槽部分，第二水平槽部分与第二垂直槽部分相连形成第二T型槽，其中，开设有第二水平槽部分的水平边上还开设有一个矩形槽。
2.根据权利要求1所述的小型纺织可穿戴微带天线结构，其特征在于，所述介质基板采用介电常数小于3.9的纺织材料制成。
3.根据权利要求1所述的小型纺织可穿戴微带天线结构，其特征在于，所述上层辐射贴片采用丝网印刷的方式在介质基板上印刷导电银浆制作得到。
4.根据权利要求1所述的小型纺织可穿戴微带天线结构，其特征在于，所述第一T型槽的第一水平槽部分的长度为18mm，所述第二T型槽的第二垂直槽部分的长度为10mm。
5.根据权利要求1所述的小型纺织可穿戴微带天线结构，其特征在于，所述矩形槽伸入上层辐射贴片的长度为14mm。
6.根据权利要求1所述的小型纺织可穿戴微带天线结构，其特征在于，所述第一T型槽、第二T型槽和矩形槽的缝隙宽度为0.5mm～1mm。
7.根据权利要求1所述的小型纺织可穿戴微带天线结构，其特征在于，所述微带天线结构的馈电方式为同轴馈电。
8.根据权利要求1所述的小型纺织可穿戴微带天线结构，其特征在于，所述上层辐射贴片中心至馈电点的距离为14mm，所述馈电点位于上层辐射贴片的中心竖直线上。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203760651U (zh) * 2013-11-27 2014-08-06 哈尔滨飞羽科技有限公司 一种基于t形槽的多频带电磁带隙结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI239120B (en) * 2004-05-12 2005-09-01 Arcadyan Technology Corp Microstrip antenna having slot structure
CN103794874B (zh) * 2014-01-18 2016-03-30 中国计量学院 双t形开槽式双频微带天线
CN206697603U (zh) * 2017-05-26 2017-12-01 华东交通大学 一种基于缺陷地结构且具有带阻特性的超宽带mimo天线
CN109244654B (zh) * 2018-08-20 2022-09-27 中国电力科学研究院有限公司 一种电视干扰测量用贴片天线、电视干扰测量装置及方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203760651U (zh) * 2013-11-27 2014-08-06 哈尔滨飞羽科技有限公司 一种基于t形槽的多频带电磁带隙结构

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