本實用新型涉及通訊
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中，常見的無線系統(tǒng)包括雷達、通信、導(dǎo)航等，其天線通常是金屬材質(zhì)，或金屬與固體介質(zhì)的混合結(jié)構(gòu)。在可穿戴領(lǐng)域，國內(nèi)外近年來相關(guān)天線實現(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，對于波長較長、頻率較高的系統(tǒng)，其電尺寸才有優(yōu)勢。三、標志天線。主要是以箱包、衣服上的標志(logo)作為天線實現(xiàn)可穿戴系統(tǒng)的信號輻射和接收，比如韓國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，加工制作LV標志，保持商標形狀和尺寸不變。還有人研究使用蘋果(Apple)公司的帶缺口的蘋果形狀的結(jié)構(gòu)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，尺寸很小，做到系統(tǒng)中，跟目前主流的手機天線類似，通常比手機天線更小。現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用的天線均存在不足，具體是：布料織物天線的不足，主要是由于其導(dǎo)電性弱，導(dǎo)致輻射能力弱，輻射增益低，效率低，能量損失較大；變形振子天線和環(huán)天線，以及鈕扣天線和皮帶扣天線，有個共同特點是物理尺寸小，電尺寸受限，輻射方向性較弱，輻射和接收無線電能量不夠集中。綜上所述，急需一種結(jié)構(gòu)精簡、攜帶方便且具有一定電磁輻射能力和方向圖特性的天線以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型目的在于提供一種結(jié)構(gòu)精簡、攜帶方便具有較強的電磁輻射能力和較好的方向圖特性且自然可重構(gòu)的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，具體技術(shù)方案如下：一種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，包括設(shè)于用于人體穿戴的物件上的拉鏈以及與所述拉鏈連接的饋電端；所述拉鏈的材質(zhì)為金屬材質(zhì)；所述饋電端包括同軸接頭以及設(shè)置在所述同軸接頭上且與所述拉鏈連接的探針。為了達到更好的技術(shù)效果，所述饋電端還包括微帶介質(zhì)基板，所述同軸接頭垂直貫穿所述微帶介質(zhì)基板設(shè)置。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述微帶介質(zhì)基板的材質(zhì)為FR-4，其介電常數(shù)為4.3，其長×寬×厚為100mm×70mm×1.2mm。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述饋電端設(shè)置在所述拉鏈的中部、底端的頂面、底端的底面以及底端的側(cè)面中的至少一處。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述同軸接頭通過插入所述拉鏈的方式與所述拉鏈進行連接，或者是所述同軸接頭通過沾粘部件與所述拉鏈進行連接。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述拉鏈的長度為68cm。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述拉鏈拉合的方向為人體站立時的由下至上方向。應(yīng)用本實用新型的技術(shù)方案，具有以下有益效果：(1)本實用新型的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線包括設(shè)于用于人體穿戴的物件上的拉鏈以及與所述拉鏈連接的饋電端；所述拉鏈的材質(zhì)為金屬材質(zhì)；所述饋電端包括同軸接頭以及設(shè)置在所述同軸接頭上且與所述拉鏈連接的探針。本實用新型的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線結(jié)構(gòu)精簡；采用衣服上的金屬拉鏈作為輻射體，具有一定的電磁輻射能力和方向圖特性，既具有無需單獨安裝、攜帶方便的效果，又能實現(xiàn)電磁能量在空中的分布(作為發(fā)射天線用)或具備從空中某區(qū)域捕獲電磁信號和能量的功能(作為接收天線用)，實用性強。(2)本實用新型中所述饋電端還包括微帶介質(zhì)基板，所述同軸接頭垂直貫穿所述微帶介質(zhì)基板設(shè)置。該微帶介質(zhì)基板用于進行輔助饋電；所述微帶介質(zhì)基板的材質(zhì)為FR-4，其介電常數(shù)為4.3，其長×寬×厚為100mm×70mm×1.2mm，在實際應(yīng)用時，該微帶介質(zhì)基板可以減小尺寸或放大尺寸或取消此部件，微帶介質(zhì)基板主要影響天線的前后輻射能力之比以及最大增益的具體數(shù)值，但不會引起技術(shù)指標和性能的嚴重降低。(3)本實用新型中所述饋電端設(shè)置在所述拉鏈的中部、底端的頂面、底端的底面以及底端的側(cè)面中的至少一處，位置差別主要影響阻抗匹配性能和工作頻率的高低，可滿足不同的需求；所述同軸接頭與所述拉鏈的連接方式也有多種，如插入式接觸連接以及通過沾粘部件進行沾粘連接，便于安裝、檢修和拆卸。(4)本實用新型中所述拉鏈的長度為68cm，所述拉鏈拉合的方向為人體站立時的上下方向，可實現(xiàn)對人體周圍的前上方空間進行覆蓋，其尺寸的選擇能夠滿足常用無線電系統(tǒng)的基本需求，詳情是：使用前，保持拉鏈全拉合或?qū)溣上轮辽匣蛴缮现料吕_某種程度，或者全部拉開，天線均具有一定的電磁輻射能力。拉鏈的拉合程度對于天線的阻抗匹配特性存在輕微的影響，主要影響反射系數(shù)的具體數(shù)值，而幾乎不會引起工作頻率漂移。而天線的輻射方向圖特性與拉開程度直接相關(guān)。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。附圖說明構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中：圖1是本實用新型優(yōu)選實施例1的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實施例1中拉鏈天線與單極子天線二維極坐標方向圖比較；圖3為實施例1中拉鏈拉開四分之一、拉開一半和全拉開情況下拉鏈天線的二維極坐標方向圖；圖4為信號輸入饋電的激勵端位于拉鏈端頭下方時拉鏈天線的仿真和實測反射系數(shù)曲線；圖5為信號輸入饋電的激勵端置于拉鏈右邊第一個梳齒時天線的仿真和實測反射系數(shù)曲線；圖6為信號輸入饋電的激勵端分別置于拉鏈左邊梳齒(第一個)、右邊梳齒(第一個)、拉鏈端頭上表面和側(cè)面時天線的反射系數(shù)實測數(shù)據(jù)；圖7為拉鏈天線方向圖的仿真計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)二維極坐標方向圖對比；其中，1、拉鏈，2、饋電端，2.1、同軸接頭，2.2、探針，2.3、微帶介質(zhì)基板。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。實施例1：參見圖1(圖上方的兩排省略點代表此圖以上部分未畫出)，一種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，包括設(shè)于用于人體穿戴的物件上的拉鏈1以及與拉鏈1連接的饋電端2。所述拉鏈1的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，即為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的金屬拉鏈。所述饋電端2包括同軸接頭2.1、設(shè)置在所述同軸接頭2.1上且與所述拉鏈連接的探針2.2以及微帶介質(zhì)基板2.3，所述同軸接頭2.1垂直貫穿所述微帶介質(zhì)基板2.3設(shè)置。所述微帶介質(zhì)基板2的材質(zhì)為FR-4，其介電常數(shù)為4.3，其長Lg×寬×厚Ts為100mm×70mm×1.2mm。圖1為所述饋電端2設(shè)置在所述拉鏈底端的底面時的示意圖，還可以根據(jù)實際情況選擇所述饋電端設(shè)置在所述拉鏈的中部、底端的頂面或底端的側(cè)面，此處的底端具體指拉合的起始部位。所述同軸接頭2.1通過插入所述拉鏈1的方式與所述拉鏈1進行連接。還可以根據(jù)實際情況采用以下連接方式：所述同軸接頭2.1通過沾粘部件與所述拉鏈1進行連接。所述拉鏈1的長度為68cm，且所述拉鏈1拉合的方向為人體站立時的由下至上方向。所述拉鏈的梳齒間距、梳齒長度、拉鏈端頭長寬和厚度等尺寸，在市場上現(xiàn)有服裝拉鏈產(chǎn)品的參數(shù)下，數(shù)值為1mm-10mm量級，均可以獲得有效的天線阻抗匹配和輻射方向性，區(qū)別在于諧振頻率、反射系數(shù)、特定方向上的增益等具體數(shù)值，具體尺寸根據(jù)實際需求進行相應(yīng)設(shè)計即可，總體上此些金屬拉鏈均可應(yīng)用。鑒于拉鏈是實現(xiàn)已固定尺寸，為調(diào)整拉鏈天線的諧振工作頻率，可根據(jù)具體系統(tǒng)需求，設(shè)計單獨的阻抗變換段，完成從饋電端到拉鏈的阻抗過渡，實現(xiàn)天線的良好匹配性能。針對本實施例的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，在微波暗室進行用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線方向圖測試，主要儀器為德科技Keysight公司生產(chǎn)的9717A便攜式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，配合超寬帶對數(shù)周期天線(30MHz-18GHz)和水平單軸轉(zhuǎn)臺，完成電壓駐波比、方向圖等技術(shù)指標測試，分別獲得水平和垂直極化方向性數(shù)據(jù)。對數(shù)周期天線架設(shè)于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀處，作為發(fā)射端；拉鏈天線放置于轉(zhuǎn)臺上，作為接收端，兩天線距離5m，高度一致，通過測控軟件控制儀器發(fā)射信號并讀取網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。測試帶寬為30MHz-8GHz，詳情如下：圖2為拉鏈天線與單極子天線二維極坐標方向圖比較；圖3為拉鏈拉開四分之一、拉開一半和全拉開情況下拉鏈天線的二維極坐標方向圖；圖4為信號輸入饋電的激勵端位于拉鏈端頭下方時拉鏈天線的仿真和實測反射系數(shù)曲線；圖5為信號輸入饋電的激勵端置于拉鏈右邊第一個梳齒時天線的仿真和實測反射系數(shù)曲線；圖6為信號輸入饋電的激勵端分別置于拉鏈左、右第一梳齒、拉鏈端頭上表面和側(cè)面時天線的反射系數(shù)實測數(shù)據(jù)；圖7為拉鏈天線方向圖的仿真計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)二維極坐標方向圖對比。結(jié)合圖2-圖7，總體來說，天線反射系數(shù)和水平、垂直極化方向圖(三維方向圖和二維極坐標方向圖均吻合很好，此處只圖示二維極坐標方向圖)的實測數(shù)據(jù)與仿真計算結(jié)果吻合較好，驗證了拉鏈天線的有效性。在阻抗匹配特性方面，當饋電點置于拉鏈下方端頭下部時，諧振頻率有兩個，高頻段為主諧振，頻率為7.6GHz；低頻段為次諧振，頻率為3.0GHz。當饋電點位于拉鏈右邊第一個梳齒時，諧振點只有一個，在2.75GHz。在前述各種饋電激勵位置情況中，當饋電點置于拉鏈下方端頭上表面時，天線實測的帶寬最寬，且具有兩個諧振頻點，對應(yīng)兩個工作頻段。在天線方向圖和增益特性方面，實測數(shù)據(jù)表明，天線在拉鏈拉開上方四分之一長度、工作于頻率2.8GHz的增益典型值為為6.71dBi，具有較強的方向性。表1給出了拉鏈拉開不同程度下天線增益和主波束3分貝寬度的數(shù)據(jù)。表1拉鏈拉開不同程度下天線增益和主波束3分貝寬度統(tǒng)計拉開程度增益(dBi)3分貝寬度(度)全拉合7.0118.4拉開四分之一5.9919.9拉開一半6.4326.9拉開四分之三4.9940.6全拉開3.8059.3綜上所述，本實用新型技術(shù)方案的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，效果是：1、結(jié)構(gòu)精簡，安裝牢靠，便于制作、攜帶和使用，不占用用戶額外空間。2、具有自然可重構(gòu)性。拉鏈拉開程度的不同，直接影響天線的輻射方向性，是一種方向圖可重構(gòu)天線。3、用于輻射和接收電磁波，是無線通信、無線探測、無線傳感、無線電導(dǎo)航定位等領(lǐng)域的一種工具。具體是：利用人體可穿戴物件上已有的金屬拉鏈，對其施加合適的激勵，注入微波信號，借助于不同的拉鏈形態(tài)所具備的電磁輻射性能，將信號發(fā)射出去，作為發(fā)射天線用；或者是，利用金屬拉鏈對空中電磁場的感應(yīng)和捕獲能力，從空間耦合電磁信號，引入可穿戴電子設(shè)備或系統(tǒng)中，實現(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。4、屬于電子科學(xué)與
技術(shù)領(lǐng)域：
的電磁輻射理論與技術(shù)，因這種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線可以根據(jù)饋電位置和饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同而諧振于不同的頻率，典型覆蓋頻段包括1.5GHz-1.7GHz(北斗和GPS衛(wèi)星導(dǎo)航常用頻段)、2.4GHz-2.5GHz/5.7GHz-5.9GHz(ISM頻段，工業(yè)/科研/醫(yī)療開放公用頻段)等，使得此天線可應(yīng)用于無線導(dǎo)航與定位、空間電磁能量收集和充電、人體中心網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字多媒體、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市、智能家居、運動及醫(yī)學(xué)和健康數(shù)據(jù)采集與實時傳輸?shù)阮I(lǐng)域。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3