CN105470629A - 一种可穿戴的环形双频钮扣天线 - Google Patents

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陈平
朱晓维
唐小芳
蒯振起
张彦
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Abstract

本发明公开了一种可穿戴的环形双频钮扣天线，包括天线地板，所述天线地板上方设有主辐射单元,所述主辐射单元包括中心金属片和外缘金属环；所述中心金属片设置在外缘金属环的内部，所述中心金属片和外缘金属环通过设置于两者之间的金属条带连接；所述天线地板与主辐射单元之间设有短路针和同轴空心金属柱，所述主辐射单元直接通过双短路针和同轴空心金属柱支撑设于天线地板上。本发明结构简单、小巧、轻便，整体形似一枚钮扣，可以缝制在衣物上而不妨碍美观，天线可以替代钮扣，实现人体中心网络设备间的信号传递作用；另外天线的结构稳定，不易变形，在一定程度上可以满足天线稳定性的要求。

Description

一种可穿戴的环形双频钮扣天线
技术领域
本发明属于无线通信设备技术领域，涉及一种可穿戴的环形双频钮扣天线。
背景技术
在智能手机进入停滞期后，以智能眼镜、智能手表等为代表的智能可穿戴设备成为了通信终端产品生产巨头的竞争主战场。可穿戴设备被越炒越热，各式可穿戴设备被势如破竹般地推进市场，预计将成为继智能手机之后又一个爆发性增长点。智能可穿戴手表和眼镜仅仅只是开始，可穿戴设备的主流应用将会囊括信息娱乐与社交分享、医疗以及健康检测、军用及工业等，下一代的可穿戴计算设备还将成为我们衣服面料的一部分或植入体内形成以人体为中心的无线网络，即人体中心网络。实现人体中心网络的关键问题之一是人体天线的开发。人体天线是人体中心网络组网的连接节点，其本身的设计存在众多的挑战。众所周知，天线对工作环境一般都有一定的要求，而人体这个复杂的媒质似乎并不适合传统天线工作，为了推动人体中心无线网络的发展，靠近人体工作的天线必不可少，这就推动了可穿戴天线的发展。
目前对于可穿戴天线的研究和设计存在一些特殊要求和难点。由于可穿戴天线工作于靠近人体区域，除了人体本身复杂的电磁环境对天线的性能的影响外，人体不同的运动状态下的肢体变化、随身携带的其他电子设备、可穿戴天线本身的结构、外界的物理环境等都会对可穿戴天线的工作带来不可忽视的影响。此外，设计可穿戴天线时还要考虑天线本身结构在应用时拥有一定的舒适度和美观。总结以上种种的前提，可穿戴天线必须做到轻便小巧、低剖面、带宽要足够宽，天线的背向辐射要足够小。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中可穿戴天线不能抵抗人体干扰的问题，提供一种体积小、抗干扰能力强、高增益的可穿戴的环形双频钮扣天线。
技术方案：本发明所述的环形双频钮扣天线，其目的是这样实现的：
一种可穿戴的环形双频钮扣天线，包括天线地板，所述天线地板上方设有主辐射单元，所述主辐射单元包括中心金属片和外缘金属环；所述中心金属片设置在外缘金属环的内部，所述中心金属片和外缘金属环通过设置于两者之间的金属条带连接；所述天线地板与主辐射单元之间设有短路针和同轴空心金属柱，所述主辐射单元直接通过短路针和同轴空心金属柱支撑设于天线地板上。
所述天线地板的表面设有织物层作为介质层，所述同轴空心金属柱穿过织物层与天线地板相连接，同轴空心金属柱的内芯底端为馈电端。
所述中心金属片为圆形，所述外缘金属环为圆环形，中心金属片与外缘金属环同心，通过调整中间金属片的面积和外缘金属环的内圆直径和外缘直径来控制天线的工作频段。
所述短路针的数量为两根，短路针的上端均与主辐射单元的中心金属片连接，采用两根短路针不仅可以减少本发明在高度上的尺寸，同时通过调整两根短路针之间的相对距离和在中心金属片上的位置，以及同轴空心金属柱的位置来控制本发明所实现的双频段的频比。
通过调整短路针和同轴空心金属柱的高度以及同轴空心金属柱的内径和外径来控制本发明的输入端匹配。
所述织物层的厚度为1～3㎜，介电常数小于2。
有益效果：本发明所述的可穿戴的环形双频钮扣天线巧妙的采用两根短路针结构，不仅减少了本发明在高度上的尺寸，并且通过调整两根短路针之间的相对距离和在中心金属片上的位置，以及同轴空心金属柱的位置来控制本发明所实现的双频段的频比；采用同轴空心金属柱的短接回路结构有效的改善了天线的输入端匹配，同时结合双短路针结构共同调节天线的频比以及起着支撑主辐射单元的作用；天线的辐射方向几乎成单向性，可以使人体免受辐射的伤害；本发明结构简单、小巧、轻便，整体形似一枚钮扣，可以缝制在衣物上而不妨碍美观，天线可以替代钮扣，实现人体中心网络设备间的信号传递作用；另外天线的结构稳定，不易变形，在一定程度上可以满足天线稳定的要求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明实施例中可穿戴的环形双频钮扣天线的电压驻波比仿真侧视图；
图3是本发明实施例中可穿戴的环形双频钮扣天线在2.4G工作频带内的实测增益曲线；
图4是本发明实施例中可穿戴的环形双频钮扣天线在5G工作频带内的实测增益曲线。
具体实施方式
实施例1
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
参见图1所示，一种可穿戴的环形双频钮扣天线，整体为一枚钮扣形状，其主要包括天线地板6，所述天线地板6的上方设有主辐射单元8，所述主辐射单元8包括中心金属片1和外缘金属环2，中心金属片1为圆形，所述外缘金属环2为圆环形，中心金属片1与外缘金属环2同心，且中心金属片1设置在外缘金属环2的内部。所述中心金属片1和外缘金属环2通过设置于两者之间的金属条带3连接；所述天线地板6与主辐射单元1之间设有短路针4和同轴空心金属柱5，所述短路针4的数量为两根，均与主辐射单元8的中心金属片1连接，所述主辐射单元8直接通过短路针4和同轴空心金属柱5支撑设于天线地板6上。
天线地板6覆盖在厚度为2㎜，介电常数为1.38的织物层7的背面，所述同轴空心金属柱5穿过天线地板6与织物层7相连接，同轴空心金属柱5的内芯5-1底端为馈电端。
通过调整中间金属片1的面积和外缘金属环2的内圆直径和外缘直径来控制天线的工作频段。
采用两根短路针4不仅可以减少本发明在高度上的尺寸，同时通过调整两根短路针4之间的相对距离和在中心金属片1上的位置，以及同轴空心金属柱5的位置来控制本发明所实现的双频段的频比。
通过调整短路针4和同轴空心金属柱5的高度以及同轴空心金属柱5的内径和外径来控制本发明的输入端匹配。
本发明所述的可穿戴的环形双频钮扣天线整体高度为11㎜，主辐射单元8的外缘金属环2的外径为20㎜，天线尺寸很小，隐蔽性良好。经过测试，本实施例在2.4-2.4835GHz、5.725-5.85GHz两个免费公用频段内具有良好的阻抗匹配特性，其回波损耗，其测试的驻波图见图3、图4所示，工作频带内的增益典型值为3-5dB。
实施例2
织物层7厚度为1㎜，介电常数为1.38，其他结构同实施例1。
实施例3
织物层7厚度为3㎜，介电常数为1.38，其他结构同实施例1。
应当说明的是，以上所述仅为本发明专利的较佳实施例而已，并不足以限制本发明的技术方案。在本发明的精神和原则之内，可以根据上述说明加以增减、替换、变换或改进，而所有这些增减、替换、变换或改进的技术方案，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种可穿戴的环形双频钮扣天线，包括天线地板(6)，所述天线地板(6)上方设有主辐射单元(8)，其特征在于，所述主辐射单元(8)包括中心金属片(1)和外缘金属环(2)；所述中心金属片(1)设置在外缘金属环(2)的内部，所述中心金属片(1)和外缘金属环(2)通过设置于两者之间的金属条带(3)连接；所述天线地板(6)与主辐射单元(8)之间设有短路针(4)和同轴空心金属柱(5)，所述主辐射单元(8)直接通过短路针(4)和同轴空心金属柱(4)支撑设于天线地板(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴的环形双频钮扣天线，其特征在于，所述天线地板(6)的上表面设有织物层(7)作为介质层，所述同轴空心金属柱(5)穿过织物层(7)与天线地板(6)相连接，同轴空心金属柱(5)的内芯(5-1)底端为馈电端。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴的环形双频钮扣天线，其特征在于，所述中心金属片(1)为圆形，所述外缘金属环(2)为圆环形，中心金属片(1)与外缘金属环(2)同心。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴的环形双频钮扣天线，其特征在于，所述短路针(4)的数量为两根，短路针(4)的上端均与主辐射单元(8)的中心金属片(1)连接。
5.根据权利要求2所述的一种可穿戴的环形双频钮扣天线，其特征在于，所述织物层(7)的厚度为1～3㎜，介电常数小于2。
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