一種應(yīng)用于體域網(wǎng)通信可集成于衣物的雙頻紐扣天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及可穿戴式無(wú)線移動(dòng)通信領(lǐng)域的天線，特別涉及一種應(yīng)用于體域網(wǎng)通信 可集成于衣物的雙頻紐扣天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著體域網(wǎng)研究的深入進(jìn)展，以及信息科技的發(fā)展，為了滿足社會(huì)個(gè)體醫(yī)療、娛 樂(lè)、軍事、安保等方面的需求，近幾年可穿戴式設(shè)備得到了大范圍的普及?？纱┐魇皆O(shè)備體 積小，大多需要集成在人們的衣物或穿戴配件上（如手表、手環(huán)、眼鏡等），基本通過(guò)無(wú)線射 頻的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交流。而天線是射頻前端的重要組成部分，由于人體組織的作用，人體天 線的設(shè)計(jì)遇到了很大的挑戰(zhàn)，需要考慮以下幾個(gè)方面：一是占用的空間有限，二是人體組織 對(duì)天線性能的影響，保證人體天線工作的魯棒性，三是體域網(wǎng)不同的通信場(chǎng)景對(duì)天線的性 能有不同的要求，四是人體組織對(duì)天線輻射電磁波能量的特定吸收率的限制。
[0003] 而現(xiàn)在大多數(shù)人體天線的設(shè)計(jì)選擇直接集成在織物上，以織物作為介質(zhì)基板，由 于人體的作用和織物的褶皺效應(yīng)，這些人體天線的性能受到很大的影響，工作不穩(wěn)定，容易 發(fā)生諧振頻偏和失配，輻射方向圖發(fā)生了很大的改變?，F(xiàn)階段很少有將人體天線與衣物本 身的金屬部件（如紐扣、拉鏈等）融為一體的設(shè)計(jì)，英國(guó)有研究人員提出將紐扣作為天線使 用，但是其采用的是單極子的方案，整體尺寸較大，并且采用的是柔性織物地板，容易受到 人體環(huán)境的影響，而且也沒(méi)有討論織物的褶皺效應(yīng)對(duì)地板以及天線性能的影響。
[0004] 另一方面，很少有天線設(shè)計(jì)考慮到體域網(wǎng)體表和體外兩種通信場(chǎng)景的結(jié)合。對(duì)于 體表通信，天線應(yīng)該采用垂直極化的方式以產(chǎn)生沿人體表面?zhèn)鞑サ呐佬胁?，減少人體衰落 的影響，而且此情境下最好是采用全向輻射的模式；對(duì)于體外通信則應(yīng)減小天線輻射與人 體組織的耦合作用，最好采用定向輻射模式以產(chǎn)生相對(duì)較高的增益。
[0005] 而且由于工作在人體表面，人體天線的設(shè)計(jì)還得考慮人體對(duì)天線輻射電磁波能量 的特定吸收率，保證電磁輻射安全，這也對(duì)人體天線的設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)格的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于體域網(wǎng)通信可集成 于衣物的雙頻紐扣天線。
[0007] 該發(fā)明將人體天線和一般衣物紐扣融合設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了人體可穿戴天線的小型化和 低剖面，并且產(chǎn)生兩個(gè)具有不同輻射模式的工作頻段，硬質(zhì)的支撐座有效抵抗了織物天線 褶皺效應(yīng)帶來(lái)的性能衰落，在人體表面工作時(shí)具有魯棒性，而且地板結(jié)構(gòu)有效降低了人體 對(duì)電磁場(chǎng)能量的特定吸收率，適用于體表與體外等體域網(wǎng)通信場(chǎng)景以及可穿戴式無(wú)線電子 設(shè)備。
[0008] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種應(yīng)用于體域網(wǎng)通信可集成于衣物的雙頻紐扣天線，所述雙頻紐扣天線實(shí)現(xiàn)紐 扣的功能，包括饋電部分、金屬支撐座及輻射體，所述金屬支撐座固定在衣物上，所述輻射 體構(gòu)成紐扣的扣體，所述金屬支撐座通過(guò)饋電部分與福射體連接，所述福射體包括介質(zhì)基 板，所述介質(zhì)基板的上表面包括一端短路另一端開(kāi)路的環(huán)形微帶枝節(jié)及與環(huán)形微帶枝節(jié)內(nèi) 環(huán)連接的矩形微帶枝節(jié)，所述矩形微帶枝節(jié)另一端短路，所述矩形微帶枝節(jié)位于介質(zhì)基板 中心位置；
[0010] 所述介質(zhì)基板的下表面包括一個(gè)圓環(huán)，所述圓環(huán)與金屬支撐座物理接觸。
[0011] 矩形微帶枝節(jié)左邊緣及環(huán)形微帶枝節(jié)左臂內(nèi)邊緣與金屬支撐座下地板共同作用 產(chǎn)生一種應(yīng)用于體表通信極化方向垂直于人體表面的全向福射模式，矩形微帶枝節(jié)以及環(huán) 形微帶枝節(jié)兩端內(nèi)邊緣和金屬支撐座上地板共同作用也產(chǎn)生一種應(yīng)用于體外通信最大輻 射在人體法向方向的定向輻射模式。
[0012] 所述環(huán)形微帶枝節(jié)的臂寬沿著短路端到開(kāi)路端逐漸增大。
[0013] 所述饋電部分采用同軸饋電，所述金屬支撐座開(kāi)有通孔，同軸饋電的內(nèi)導(dǎo)體通過(guò) 介質(zhì)基板的通孔連接矩形微帶枝節(jié)，外導(dǎo)體與金屬支撐座相連。
[0014] 所述金屬支撐座為工字型支撐座，且為硬質(zhì)導(dǎo)電，所述金屬支撐座包括上、下地 板。
[0015] 所述金屬支撐座是對(duì)稱或非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，所述對(duì)稱結(jié)構(gòu)具體為通孔位于金屬支撐座 中心位置，所述非對(duì)稱結(jié)構(gòu)為通孔位于非中心位置，當(dāng)位于非中心位置時(shí)，SAR值降低。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：
[0017] (1)利用衣物原有的金屬部件實(shí)現(xiàn)人體織物天線，天線設(shè)計(jì)與衣物紐扣融為一體， 可以減小利用布料實(shí)現(xiàn)人體織物天線方式的制造難度，增加可穿戴天線與衣物集成的可行 性；
[0018] (2)紐扣天線工作在ISM 2. 45GHz和5. 8GHz兩個(gè)頻段，在不同頻段具有不同的輻 射方向圖和極化方式，考慮到了體域網(wǎng)體表和體外兩種通信場(chǎng)景的結(jié)合。輻射體兩個(gè)枝節(jié) 和金屬支撐座共同作用產(chǎn)生一種工作于2. 45GHz頻段的應(yīng)用于體表通信的全向輻射模式， 其極化方向垂直于人體表面，有效覆蓋了人體表面區(qū)域，減少人體衰落的影響，同時(shí)產(chǎn)生了 另外一種工作于5. 8GHz頻段的應(yīng)用于體外通信的定向福射模式，其最大福射在人體法向 方向，有效減小了與人體組織的耦合作用；
[0019] (3)工字型金屬支撐座是硬質(zhì)導(dǎo)電的，克服了一般織物天線的褶皺效應(yīng)，保證了天 線在人體表面工作的魯棒性，不易受人體組織對(duì)天線性能的影響，在人體環(huán)境下保持了較 為穩(wěn)定的阻抗匹配帶寬和輻射方向圖；
[0020] (4)硬質(zhì)工字型支撐座可以是對(duì)稱的，也可以是不對(duì)稱的，不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一 步減小人體對(duì)電磁波能量的特定吸收率；
[0021] (5)將PIFA結(jié)構(gòu)應(yīng)用于紐扣天線的設(shè)計(jì)，與傳統(tǒng)單極子方案應(yīng)用于此場(chǎng)景的設(shè)計(jì) 相比，尺寸由二分之一波長(zhǎng)縮減到了四分之一波長(zhǎng)，使得應(yīng)用于體域網(wǎng)通信的紐扣天線尺 寸更小，剖面更低。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例1集成于衣物的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的示意圖，
[0024] 圖3(a)及圖3(b)分別是本發(fā)明實(shí)施例1的輻射體的上表面及下表面結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0025] 圖4(a)及圖4(b)分別是本發(fā)明實(shí)施例1的金屬支撐座的主視及俯視結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0026] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1的S11-頻率仿真測(cè)試結(jié)果圖；
[0027] 圖6 (a)是本發(fā)明實(shí)施例1在phi = 0°的2. 45GHz的歸一化輻射方向圖，圖6 (b) 是本發(fā)明實(shí)施例1在phi = 90°的2. 45GHz的歸一化輻射方向圖；
[0028] 圖7 (a)是本發(fā)明實(shí)施例1在phi = 0°的5. 8GHz的歸一化輻射方向圖；
[0029] 圖7 (b)是本發(fā)明實(shí)施例1在phi = 90°的5. 8GHz的歸一化輻射方向圖；
[0030] 圖8是本發(fā)明紐扣天線具體實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖9(a)是本發(fā)明實(shí)施例2在2. 45GHz下Phi = 0°的輻射方向圖；
[0032] 圖9 (b)是本發(fā)明實(shí)施例2在2. 45GHz下Phi = 90°的輻射方向圖；
[0033] 圖9(c)是本發(fā)明實(shí)施例2是在5. 8GHz下Phi = 0°的輻射方向圖；
[0034] 圖9 (d)是本發(fā)明實(shí)施例2在5. 8GHz下Phi = 90°的輻射方向圖；
[0035] 圖10是本發(fā)明紐扣天線具體實(shí)施例3的示意圖；
[0036] 圖11是本發(fā)明紐扣天線具體實(shí)施例3的S11-頻率仿真測(cè)試結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 本實(shí)施例一種應(yīng)用于體域網(wǎng)通信可集成于衣物的雙頻紐扣天線，如圖1所示，具 體集成在了牛仔短褲拉鏈上沿的部位，充當(dāng)了原本紐扣的功能，同時(shí)還作為體域網(wǎng)無(wú)線通 信的天線模塊，將雙頻紐扣天線12與衣物紐扣融為了一體，可以減小