本发明专利技术公开了一种可穿戴式超宽带天线，主要解决现有天线不能覆盖超宽带频段，且重量重，不易穿戴的问题。该天线由辐射单元(1)、天线介质(2)、地板(3)和同轴线(4)组成，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，辐射单元和地板分别与同轴线内芯和外芯相连进行馈电，其中辐射单元由四层一体纽扣式金属体组成，第一层(101)采用底面开有圆形通孔的空心的圆锥体，第二层(102)采用空心的圆柱体，第三层(103)采用长方体，第四层(104)采用设有过孔(105)的正六棱柱体。同轴线通过位于地板中心的圆孔(301)对辐射单元进行馈电。本发明专利技术可覆盖超宽带频段，并具有重量轻的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信
，涉及天线，尤其是一种可穿戴式超宽带天线。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术包括辐射单元、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hi h2 h3 h4 7 4 2 4，其中λ为最大工作波长，hl，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。本专利技术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，本专利技术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是本专利技术天线整体结构图；图3是本专利技术天线的辐射单元结构示意图；图4是本专利技术天线的地板结构示意图；图5是本专利技术天线的工作频率-回波损耗曲线图；图6是本专利技术天线在各个频率点的E面的远场方向图；图7是本专利技术天线在各个频率点的H面的远场方向图。具体实施例方式参照图2，本专利技术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。参照图3，所述辐射单元1采用四层一体纽扣式金属结构，这四层一体纽扣式金属结构的高度和大小不同。第一层101采用空心的圆锥体，圆锥体的底面开有圆形通孔， 第一层101圆锥体的上圆半径大于下圆半径，是一个上宽下窄的圆锥体。第二层102采用空心的圆柱体，第二层102圆柱体的半径与第一层101圆锥体的下圆半径相同，第二层102 圆柱体的中空横截面与第一层101圆锥体的底面的圆形通孔大小相同。第三层103采用长方体。第四层104采用正六棱柱体，正六棱柱体上设有三个圆柱形过孔105，这三个圆柱形过孔105相互交叉60°、半径相同，通过这三个孔将辐射单元1缝制在衣物上。第二层102圆柱体的底面积大于第三层103长方体的底面积，第三层103长方体的底面积大于第四层104正六棱柱体的底面积。辐射单元1的总高度h< λ/4，四层的高度比例为 hi h2 h3 h4 7 4 2 4，其中λ为最大工作波长，hi为第一层101圆锥体的高度，h2为第二层102圆柱体的高度，h3为第三层103长方体的高度，h4为第四层104 正六棱柱体的高度。所述的四层结构由机械整体加工完成。参照图4，所述的地板形状为矩形，地板中心有一个圆孔301贯通地板3和介质材料2，通过该孔，辐射单元1和地板3分别与同轴线4内芯和外芯相连对辐射单元1进行馈电，地板由金属材料制成，并可通过与同轴线4焊接或与衣物用胶连接，固定在衣物的背面。下面通过对天线实例的仿真来进一步说明本专利技术的优点1.仿真实例设辐射单元的第一层圆锥体的上圆半径为9mm，下圆半径为7mm，高度为7mm，壁厚为1mm，第二层圆柱体的半径为7mm，高度为4. 2mm,壁厚为1mm，第三层长方体的长为7. 5mm，宽为7mm，高为2. 3mm，第四层六棱柱体的边长为3. 5mm，高为4. 1mm。圆柱形过孔的中心距地板2. 5mm，半径为1mm。介质材料选择长为55mm，宽为65mm，厚度为2mm，介电常数为1. 4的羊毛织物作为人的衣物。地板选择长为55mm，宽为65mm，厚度为0. 2mm的铜板，地板中心的圆孔半径为2mm。1、仿真内容1)利用仿真软件对上述实施例天线的回波损耗曲线进行仿真，结果如图5所示。从图5可见，本专利技术天线在回波损耗小于负IOdB的条件下，具有3. 05GHz-10. 8GHz 的工作频带，覆盖了超宽带工作频带，这说明本专利技术天线具有良好的超宽带工作性能。 2)利用仿真软件对上述实施例天线的远场方向图进行仿真，结果如图6和图7所示，其中图6(a)为对实施例天线在4GHz时仿真得到的E面的远场方向图，图7 (a)为对实施例天线在4GHz时仿真得到的H面的远场方向图；图6(b)为对实施例天线在6. 5GHz时仿真得到的E面的远场方向图，图7(b)为对实施例天线在6. 5GHz时仿真得到的H面的远场方向图；图6 (c)为对实施例天线在9GHz时仿真得到的E面的远场方向图，图7(c)为对实施例天线在9GHz时仿真得到的H面的远场方向图。从图6(a)可见，在4GHz时，本专利技术天线在E面具有良好的全向辐射性能，从图 7 (a)可见，H面对称分布，实施例天线的最大增益为3. 25dB ；从图6(b)中可见，在6. 5GHz时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可穿戴式超宽带天线，包括辐射单元(1)、天线介质O)、地板(3)和同轴线 (4)；天线介质(2)由人的衣物构成，辐射单元⑴垂直固定在衣物的表面，地板⑶对称固定在辐射单元(1)垂直固定处的衣物的底面；辐射单元(1)和地板C3)分别与同轴线内芯和外芯相连进行馈电，其特征在于，辐射单元(1)由高度和大小不同的四层一体纽扣式金属体组成，第一层(101)采用底面开有圆形通孔的空心的圆锥体，第二层(102)采用空心的圆柱体，第三层(10 采用长方体，第四层(104)采用正六棱柱体。2.根据权利要求1所述的可穿戴式超宽带天线，其特征在于第一层(101)圆锥体的上圆半径大于下圆半径。3.根据权利要求1所述的可穿戴式超宽带天线，其特征在于第一层(101)圆锥体的下圆半径等于第二层(102)圆柱体的半径。4.根据权利要求1所述的可穿戴式超宽带天线，其特征在于第二层(102)圆柱体的中空横截面与第一层(101)圆锥体的底面的圆...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘英，于松涛，赵程光，龚书喜，姜文，洪涛，李延平，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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