【摘 要】
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随着人体身上的电子设备越来越多,在密集室内环境中当多设备同时操作会导致高速率无线传输具有一定的难度,甚至出现连接中断或者无服务的情况,导致在密集的室内环境中支持可穿戴设备之间的高数据速率无线连接具有一定的难度,毫米波天线因具有高速率、带宽宽以及某些频段具有抗干扰性等优点在一定程度上缓解这一问题而受到广泛关注。本论文由国家自然科学基金（61372008）、广东省科技计划项目（2014A0101030
【基金项目】
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国家自然科学基金（61372008）; 广东省科技计划项目（2014A010103014,2015B010101006）
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随着人体身上的电子设备越来越多,在密集室内环境中当多设备同时操作会导致高速率无线传输具有一定的难度,甚至出现连接中断或者无服务的情况,导致在密集的室内环境中支持可穿戴设备之间的高数据速率无线连接具有一定的难度,毫米波天线因具有高速率、带宽宽以及某些频段具有抗干扰性等优点在一定程度上缓解这一问题而受到广泛关注。本论文由国家自然科学基金（61372008）、广东省科技计划项目（2014A010103014,2015B010101006）等项目资助,基于可穿戴系统网络对可穿戴天线的要求,主要研究了几种新型可穿戴天线,包括体外模式的毫米波可穿戴定向天线、体表模式的毫米波可穿戴全向天线和中继（体表和体外）模式可穿戴大频比天线,具体内容如下:（1）用于体外模式的高增益毫米波可穿戴定向天线。提出了一款覆盖ISM频段（61-61.5 GHz）高增益毫米波可穿戴定向天线。该天线应用了八木天线的原理,该天线一共使用了五层圆盘作为引向器,天线增益随着引向器的加入而增加,同时天线带宽也因EVA泡沫层的加入得到拓宽。天线实现在15.1%（57.58-67 GHz）带宽范围内匹配,增益在17.9%（57.99-68.97 GHz）范围内保持10 d Bi以上,天线效率保持在85%以上,比吸收率为0.7855 W/kg,功率密度为7.757 W/m~2。体外模式实现了穿戴在人体上的设备与人体外的设备之间的互联,要实现人体上设备与设备之间的互联,需要一款体表模式的天线来实现。（2）用于体表模式的可穿戴全向八木天线。提出了一款覆盖ISM频段（61-61.5GHz）毫米波可穿戴全向天线。该天线也应用了八木天线的原理,主振子的结构近似于单极子天线,其中的完整地板起到减少天线与人体之间的相互影响的重要作用,在单极子水平方向上的背向位置加入枝节作为反射器,增强天线的定向性和水平方向的增益,该天线阻抗带宽为57-67 GHz（16.1%）,在通带内水平方向的增益波动小于1.8 d B,中心频点处的最大增益为7.04 d Bi,在通带范围天线效率保持在90%以上,比吸收率小于1.386 W/kg,功率密度小于8.562 W/m~2。在生物医疗中,植入式设备与可穿戴设备之间的互联提高了体域网内设备间互联效率,因此设计一款可兼顾微波频段和毫米波频段的优势,能实现植入式系统与可穿戴系统设备互联的天线很有必要。（3）用于中继（体表/体外）模式的大频比柔性可穿戴天线。提出了一款用于中继（体表/体外）模式的双频双模式大频比可穿戴天线,用于接收和发送ISM频段的微波信号（2.4-2.5 GHz）和毫米波信号（24-24.5 GHz）。天线覆盖了22.34-25.52 GHz（13.3%）以及2-2.52 GHz（23%）,微波部分的增益为0.1093 d Bi以上,与植入式天线传输最大距离为5 m,毫米波部分的增益为5.4 d Bi以上,天线在微波单元输入功率为0.38 W时的最大SAR值为0.9546 W/kg,此时毫米波单元SAR值为0.7935 W/kg,功率密度为7.761 W/m~2,符合ICNIRP和FCC要求。该天线具有双频双（体表/体外）模式,毫米波频段定向性良好,微波频段全向性良好的效果,且天线弯曲不影响天线对ISM频段的覆盖,具有较好的鲁棒性的优势。通过上述研究,丰富了可穿戴系统网络中毫米波天线的研究,为实现可穿戴系统网络互联的实际工程应用奠定了基础。
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