設計一種結(jié)構(gòu)緊湊的可穿戴共形天線和仿真說明

　　本文提出了一種結(jié)構(gòu)緊湊的可穿戴天線并加載模擬人體進行仿真。天線結(jié)構(gòu)為印制在FR4介質(zhì)基板上的正弦形對稱振子，通過梯形漸變線巴倫平衡饋電，天線尺寸為0.4λ×0.096λ×0.008λ（λ為諧振頻率對應波長）。在CST軟件中對天線建模，仿真結(jié)果表明天線在2.28GHz-2.57GHz頻帶范圍內(nèi)，電壓駐波比（VSWR）小于2，最大增益大于2.3dBi。模擬人體結(jié)構(gòu)包括皮膚，脂肪，肌肉三層結(jié)構(gòu)，加載模擬人體后天線諧振頻率變化小，方向圖穩(wěn)定，2.4GHz工作頻率下最大增益大于 5.8dBi。天線結(jié)構(gòu)簡單，實用性好，適用于藍牙、WIFI等以人體為中心的短距離無線通信。

　　一、引言

　　近年來，以人體為中心的無線通信被廣泛應用于不同領域，例如遠程醫(yī)療，衛(wèi)星通信，全球定位系統(tǒng)等?？纱┐魈炀€作為人體中心通信輻射和接收電磁波的的裝置，起著重要作用。所謂可穿戴天線，就是指天線以特殊的結(jié)構(gòu)或者特殊的材料構(gòu)成，從而集成到人體所穿戴的衣物上?？纱┐魇教炀€在設計時必須考慮以下要求：具備穩(wěn)定的電特性；結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；易于與身體或設備共形。國內(nèi)外對于可穿戴天線的研究主要在于：1、在人體的不同位置放置平面印刷天線獲得所需要的性能［1］［2］，2、與衣物集成化設計的特殊材料共形天線［3］，如集成在紐扣上［4］和皮帶上［5］的可穿戴天線。然而，在可穿戴天線的設計中，通常會出現(xiàn)以下問題：由于可穿戴天線是集成在衣物上或者人體表面的，因此天線工作于人體附近［6］［7］，而人體可以看作一種特性復雜的介質(zhì)，必然對天線的性能參數(shù)產(chǎn)生影響［8］［9］，主要影響是由于輻射能量部分被人體吸收，使得輻射效率降低（據(jù)估計，移動電話的最高效率為30～50％，而最差只能達到3～5％）。故而對穿戴式天線的研究主要集中于如何保持與人體的共形性以及如何獲得高增益。本文提出了一種阻抗帶寬覆蓋ISM 2.4GHz頻段的可穿戴天線，具有小型化，可共形的特點。為了能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能，對天線結(jié)構(gòu)尺寸在CST中建模仿真優(yōu)化，并且對天線加載模擬人體來驗證天線的工作穩(wěn)定性與實用性。