[发明专利]可穿戴式超宽带天线

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，涉及天线，尤其是一种可穿戴式超宽带天线。

技术背景

超宽带技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，利用频谱极宽的超短脉冲进行通信，又称为基带通信、无载波通信，主要用于军用雷达、定位和通信系统中。2002年2月，美国联邦通信委员会FCC批准了超宽带技术用于民用。由于超宽带天线具有传输数率高、抗多径干扰能力强、高保密性、有利于多功能一体化等特点，它已成为短距离无线通信中极具竞争力和发展潜力的技术之一，引发了众多研究人员的极大关注。同时，由于超宽带天线具有低功率、低耗电量等优点，可有效减小天线对人体的辐射影响，适用于可穿戴系统。如B.Sanz-Izquierdo等人发表在2006First European Conference on Antennas and Propagation的文章：超宽带可穿戴纽扣型天线(UWB WEARABLE BUTTON ANTENNA)公布了一种纽扣形天线，如图1所示，该天线采用五层结构，由上到下依次为圆盘、圆锥体、圆柱体、圆盘、圆盘。采用同轴线底馈方式馈电，但该天线工作在较窄的频段内，不能覆盖超宽带频段，辐射单元采用的是实心金属构成，重量很重，不适于穿戴系统。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种可穿戴式超宽带天线，以覆盖超宽带频段，并且采用空心结构，减轻天线的重量，使天线适用于穿戴系统。

为实现上述目的，本发明包括辐射单元、天线介质、地板和同轴线，辐射单元和地板分别与同轴线内芯和外芯相连进行馈电，天线介质由人的衣物构成，辐射单元垂直固定在衣物的表面，地板对称固定在辐射单元垂直固定处的衣物的底面，其特征在于，辐射单元由高度和大小不同的四层一体纽扣式金属体组成，第一层采用底面开有圆形通孔的空心的圆锥体，第二层采用空心的圆柱体，第三层采用长方体，第四层采用正六棱柱体。

所述的可穿戴式超宽带天线，其中第一层圆锥体的上圆半径大于下圆半径。

所述的可穿戴式超宽带天线，其中第一层圆锥体的下圆半径等于第二层圆柱体的半径。

所述的可穿戴式超宽带天线，其中第二层圆柱体的中空横截面与第一层圆锥体的底面的圆形通孔大小相同。

所述的可穿戴式超宽带天线，其中第四层正六棱柱体下部设有三个过孔，用于将辐射单元缝制在衣物上。

所述的可穿戴式超宽带天线，其中第四层正六棱柱体的三个过孔为相互交叉60°、半径相同的圆柱形通孔。

所述的可穿戴式超宽带天线，其中第二层圆柱体的底面积大于第三层长方体的底面积，第三层长方体的底面积大于第四层正六棱柱体的底面积。

所述的可穿戴式超宽带天线，其中辐射单元的总高度：h＜λ/4，四层的高度比例为：h1∶h2∶h3∶h4≈7∶4∶2∶4，其中λ为最大工作波长，h1，h2，h3，h4分别为第一层圆锥体的高度，第二层圆柱体的高度，第三层长方体的高度，第四层正六棱柱体的高度。

本发明的辐射单元由于采用四层不同高度和宽度的纽扣形金属体结构，通过分别调整各层参数，可以在多个频点得到稳定的谐振，从而覆盖到很宽的频带；同时由于纽扣式金属体的第一层采用底面开有圆形通孔的空心的圆锥体，第二层采用空心的圆柱体，减轻了天线的重量；此外由于第四层采用设有三个过孔的正六棱柱体，易实现天线与衣物之间的固定。

理论计算表明，本发明可以实现四倍工作带宽，充分覆盖了超宽带的工作频带，同时减轻了天线重量，便于人体携带。

附图说明

图1是现有技术的天线结构图；

图2是本发明天线整体结构图；

图3是本发明天线的辐射单元结构示意图；

图4是本发明天线的地板结构示意图；

图5是本发明天线的工作频率-回波损耗曲线图；

图6是本发明天线在各个频率点的E面的远场方向图；

图7是本发明天线在各个频率点的H面的远场方向图。

具体实施方式

参照图2，本发明天线主要由辐射单元1，介质材料2、地板3和同轴线4组成，天线介质2由人的衣物构成，辐射单元1垂直固定在衣物的表面，地板3对称固定在辐射单元1垂直固定处的衣物的底面。