应用于体表/体外模式的圆极化可穿戴天线研究

来源 :兰州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Norazhongli
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圆极化天线作为卫星通信和导航定位的重要收发天线,在通信领域一直拥有极高的关注度。而将圆极化天线应用于可穿戴设备,更是成为了智能穿戴领域的热点。本文主要针对圆极化结构和产生方法以及圆极化在体表和体外模式中的应用进行研究,并设计了5款可用于人体穿戴的微带天线。具体的工作内容包括:设计了一款用于体外模式的宽带圆极化可穿戴天线。该天线工作于3.5 GHz Wi MAX频段(3.4-3.6 GHz),通过对圆形贴片进行非对称开槽,使得圆形贴片的TM11模能够周期性地旋转,从而实现定向圆极化辐射。通过在圆形贴片四周加载寄生贴片,使得天线在原本的谐振频点附近产生新的谐振,拉近两个谐振频点实现宽带。设计了两款用于体表模式的圆极化可穿戴天线。两款天线都利用中心馈电的圆形贴片产生垂直电场分量,贴片四周的切向金属分支产生水平电场分量,通过切向分支和圆形贴片间的径向分支调节两个正交分量的相位差,实现全向圆极化辐射。第一个天线在此基础上对圆形贴片进行径向开槽,降低短路过孔造成的感性,大幅提高了天线的阻抗匹配效果并拓宽了阻抗带宽。第二个天线在圆形贴片内部周期性加载T形缝隙,利用缝隙辐射产生新的频点,实现体表模式的双频双极化。设计了两款用于体表体外双模式的可穿戴天线。两款天线均使用柔性材料。第一个天线为单层结构,两种模式皆采用线极化,通过在圆形贴片边缘对称加载4个短路过孔激发TM41模实现全向辐射,利用偏馈方式激励贴片的TM11模以产生定向辐射。实测显示该天线体表模式下的平均增益高达4.92 dBi。第二个天线为双层结构的超表面覆层天线。利用在矩形贴片四周对称加载短路过孔激发TM00模以产生全向线极化辐射。在矩形贴片上方加载3×3超表面,通过对每个矩形超表面单元沿对角线截角,使其易于产生一对正交的简并模,这对简并模均为类似矩形贴片的TM11模,因此定向圆极化辐射产生。本文设计的五款天线结构紧凑,实测效果良好,近人体测试和比吸收率仿真结果显示设计的天线都具有性能稳定性和穿戴安全性。
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