CN109149097B - 一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线 - Google Patents

一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线 Download PDF

Info

Publication number
CN109149097B
CN109149097B CN201811172165.1A CN201811172165A CN109149097B CN 109149097 B CN109149097 B CN 109149097B CN 201811172165 A CN201811172165 A CN 201811172165A CN 109149097 B CN109149097 B CN 109149097B
Authority
CN
China
Prior art keywords
patch
antenna
rectangular
rectangular patch
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811172165.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109149097A (zh
Inventor
杨凌升
陆峥岩
王培杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Information Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Information Science and Technology filed Critical Nanjing University of Information Science and Technology
Priority to CN201811172165.1A priority Critical patent/CN109149097B/zh
Publication of CN109149097A publication Critical patent/CN109149097A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109149097B publication Critical patent/CN109149097B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2208—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles associated with components used in interrogation type services, i.e. in systems for information exchange between an interrogator/reader and a tag/transponder, e.g. in Radio Frequency Identification [RFID] systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/10—Resonant antennas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，属于天线技术领域。包括天线基板和辐射贴片，辐射贴片附着在天线基板上，辐射贴片由第一矩形贴片、第二矩形贴片和半圆形贴片组成，第二矩形贴片设于第一矩形贴片的侧面，半圆形贴片组成设于第二矩形贴片下部，第一矩形贴片的一侧设有槽线；天线基板为纺织材料，其尺寸为35mm×35mm×1mm,辐射贴片为柔性材料导电织物。本发明在覆盖5151‑5250MHz(室内)无线频段的基础上，能够实现一定程度的弯曲，达到与人体共形的要求。

Description

一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线
技术领域
本发明涉及一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，属于天线技术领域。
背景技术
可穿戴天线(Wearable Antenna),是指采用特殊的方式或者特殊的材料,将天线集成于人体所经常穿戴的载体上，通常而言，其多用柔性材料或者纺织材料制作而成，这样设计的天线能够更加容易和人体保持共形，而且相对而言较为轻便，也易于携带。同时，可穿戴天线作为共形天线中的一类，由于其附着在人体表面，也不得不考虑它与人体之间的相互影响，当人体在运动状态下，可穿戴天线就可能会因此发生弯曲折叠等形变，天线在这种形变下，能否依旧具有良好的性能，是可穿戴天线研究中必须探究的一个方面。
可穿戴天线在医疗、军事等领域，都有着巨大的应用价值。在医疗方面，可以把天线、传感器和医疗设备一起放置在人体身上，通过天线把检测到的数据传送到网络终端，以便医生可以实时监测病人身体状态，这对老年人医疗保健的服务是非常值得期待的。在军事领域中，可穿戴天线相比于传统的头戴式天线，由于其体积小、便于携带和隐藏，将会得到广泛的应用。
将织物材料作为天线的基板，利用导电织物作为上层的辐射贴片以及下层的基板，由于这两种材料均是柔性材料，能够实现与人体的共形，所以非常适合用于可穿戴天线设计。
由于可穿戴天线的工作环境为人体，人体各组织的介电常数都随频率而变化，所以人体建模对天线性能的仿真至关重要。通常，简单的人体模型会用单层或三层介质盒子模型来代替。单层的为皮肤模型，三层的为皮肤、脂肪和肌肉模型组成。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有可穿戴天线以及室内无线通信设备多工作于2.4GHz频段，相同工作频段会带来干扰，5.2GHz是一个新提出的应用频段，提出一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，在覆盖5151-5250MHz(室内)无线频段的基础上，能够实现一定程度的弯曲，达到与人体共形的要求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，包括天线基板1和辐射贴片2，所述辐射贴片2附着在天线基板1上，辐射贴片2由第一矩形贴片2-1、第二矩形贴片2-2和半圆形贴片2-3组成，第二矩形贴片2-2设于第一矩形贴片2-1的侧面，半圆形贴片2-3组成设于第二矩形贴片2-2下部，第一矩形贴片2-1的一侧设有槽线3；天线基板1为纺织材料，其尺寸为35mm×35mm×1mm,辐射贴片2为柔性材料导电织物(σ＝1.18×105S/m)。半圆形贴片结构，使得电流路径发生改变，从而实现了天线的小型化。
所述第一矩形贴片2-1的尺寸为29mm×1mm，第二矩形贴片2-2的尺寸为25mm×9mm，半圆形贴片2-3的直径为23mm。
所述辐射贴片2的厚度为0.17mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
第一、本发明的尺寸仅为35mm×35mm×1.34mm，尺寸较小，不影响穿戴的舒适度，同时在小尺寸的情况下满足频带以及辐射特性要求；
第二、本发明天线辐射贴片下半部分采用半圆设计，改变电流路径，减小了天线的整体尺寸；
第三、本发明相比以往采用覆铜介质基板的可穿戴天线不同，本发明整体采用了柔性材料，在保证天线性能的前提下能够适当弯曲，实现与人体的共形。
第四、本发明基板也是完整的导电柔性材料，从而可以实现定向辐射(高前后比)，减少对人体的辐射影响。
附图说明
图1为本发明整体示意图。
图2为本发明主视示意图。
图3为本发明弯曲表面直径为40mm状态下的天线整体示意图。
图4为本发明第二矩形贴片宽度(X轴向)改变时S参数图。
图5为本发明槽线长度改变时S参数图
图6为本发明天线的S11参数。
图7为本发明天线xz方向示意图。
图8为本发明天线yz方向示意图。
图9为本发明两种状态下天线增益图。
图中：1-天线基板，2-辐射贴片，2-1-第一矩形贴片，2-2-第二矩形贴片，2-3-半圆形贴片，3-槽线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述，实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。
实施例1：如图1-4所示，本利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，包括天线基板1和辐射贴片2，辐射贴片2附着在天线基板1上，辐射贴片2由第一矩形贴片2-1、第二矩形贴片2-2和半圆形贴片2-3组成，第二矩形贴片2-2设于第一矩形贴片2-1的侧面，半圆形贴片2-3组成设于第二矩形贴片2-2下部，第一矩形贴片2-1的一侧设有槽线3；天线基板1为纺织材料，其尺寸为35mm×35mm×1mm,辐射贴片2为柔性材料导电织物(σ＝1.18×105S/m)。半圆形贴片结构，使得电流路径发生改变，从而实现了天线的小型化。第一矩形贴片2-1的尺寸为29mm×1mm，第二矩形贴片2-2的尺寸为25mm×9mm，半圆形贴片2-3的直径为23mm。辐射贴片2的厚度为0.17mm。
图5所示的是槽线长度对天线S参数的影响，通过调整辐射贴片二的宽度和挖的槽线的长度使得天线能够完全覆盖5151-5250MHz(室内)无线频段，并且有较宽的频带。该辐射贴片附着在35mm×35mm×1mm的纺织材料上(相对介电常数1.3，损耗正切0.044)，同时，辐射贴片以及地平面均采用了柔性材料导电织物(电导率1.18×105S/m)，两种柔性材料的使用能够使得天线具有重量轻、薄的特点，易于人体表面附着。如图3所示，天线以一定程度弯曲后的示意图，由于在人体穿戴过程中，以手臂的弯曲程度最大，所以选取的附着弯曲表面直径为40mm，通过仿真，在最大弯曲程度下，天线依然能够正常工作，所以设计的天线能够在保持天线性能的前提下实现与人体共形。
如图6所示，本发明天线的回波损耗(S11)参数，从图中可以看出，天线在保持水平状态时，谐振中心为5.2GHz，能够完全覆盖5151-5250MHz(室内)无线频段，随后天线在以直径40mm的程度弯曲后，谐振点向低频发生了偏移，谐振中心为5.1GHz，此时依然能够覆盖该频段，说明了本发明在穿戴过程中发生形变后依然能够正常工作。
如图7、8所示的是本发明在xz以及yz平面的方向图，从图中可以看出，天线辐射方向主要集中在+Z轴方向(指向人体外)，具有良好的定向辐射性能。
如图9为两种状态下天线增益图，由于弯曲后，天线谐振中心向低频发生偏移，所以在5.2GHz以后，水平状态下的天线增益比弯曲时的高，但是两种状态下的增益均能满足数据传输的基本要求。
上面结合附图对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，其特征在于：包括天线基板（1）和辐射贴片（2），所述辐射贴片（2）附着在天线基板（1）上，辐射贴片（2）由第一矩形贴片（2-1）、第二矩形贴片（2-2）和半圆形贴片（2-3）组成，第二矩形贴片（2-2）设于第一矩形贴片（2-1）的侧面，半圆形贴片（2-3）设于第二矩形贴片（2-2）下部，第一矩形贴片（2-1）的一侧设有槽线（3）；天线基板（1）为纺织材料，辐射贴片（2）为柔性材料导电织物；通过调整辐射贴片的宽度和挖的槽线的长度使得天线能够完全覆盖5151-5250MHz无线频段；天线在以直径40mm的程度弯曲后，谐振点向低频发生了偏移，谐振中心为5.1GHz，此时依然能够覆盖该频段。
2.根据权利要求1所述的利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，其特征在于：所述天线基板（1）的尺寸为35mm×35mm×1mm。
3.根据权利要求1所述的利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，其特征在于：所述辐射贴片（2）的第一矩形贴片（2-1）的尺寸为29mm×1mm，第二矩形贴片（2-2）的尺寸为25mm×9mm，半圆形贴片（2-3）的直径为23mm。
4.根据权利要求1或3所述的利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线，其特征在于：所述辐射贴片（2）的厚度为0.17mm。
CN201811172165.1A 2018-10-09 2018-10-09 一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线 Active CN109149097B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811172165.1A CN109149097B (zh) 2018-10-09 2018-10-09 一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811172165.1A CN109149097B (zh) 2018-10-09 2018-10-09 一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109149097A CN109149097A (zh) 2019-01-04
CN109149097B true CN109149097B (zh) 2023-08-11

Family

ID=64811058

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811172165.1A Active CN109149097B (zh) 2018-10-09 2018-10-09 一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109149097B (zh)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006157845A (ja) * 2004-10-29 2006-06-15 Asahi Glass Co Ltd アンテナ装置
KR20110076528A (ko) * 2009-12-29 2011-07-06 전자부품연구원 초광대역 안테나
CN202797267U (zh) * 2012-06-25 2013-03-13 中国计量学院 超宽带微带天线
CN204361274U (zh) * 2015-02-06 2015-05-27 中国计量学院 羊角形非对称双频微带天线
KR20150069432A (ko) * 2013-12-13 2015-06-23 한양대학교 산학협력단 소형화된 구조를 가지는 인체 착용형 장비 안테나
CN104868243A (zh) * 2015-05-28 2015-08-26 电子科技大学 一种工作模式可切换的双频段可穿戴天线
CN105186129A (zh) * 2015-09-29 2015-12-23 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种宽波束圆极化相控阵天线单元
CN206619695U (zh) * 2017-04-17 2017-11-07 中国计量大学 一种应用于5g频段的小型可穿戴微带天线
CN107425270A (zh) * 2017-06-29 2017-12-01 天津大学 一种柔性可穿戴特的小型化印刷超宽带单极子天线

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI462393B (zh) * 2013-10-04 2014-11-21 Wistron Neweb Corp 天線

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006157845A (ja) * 2004-10-29 2006-06-15 Asahi Glass Co Ltd アンテナ装置
KR20110076528A (ko) * 2009-12-29 2011-07-06 전자부품연구원 초광대역 안테나
CN202797267U (zh) * 2012-06-25 2013-03-13 中国计量学院 超宽带微带天线
KR20150069432A (ko) * 2013-12-13 2015-06-23 한양대학교 산학협력단 소형화된 구조를 가지는 인체 착용형 장비 안테나
CN204361274U (zh) * 2015-02-06 2015-05-27 中国计量学院 羊角形非对称双频微带天线
CN104868243A (zh) * 2015-05-28 2015-08-26 电子科技大学 一种工作模式可切换的双频段可穿戴天线
CN105186129A (zh) * 2015-09-29 2015-12-23 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种宽波束圆极化相控阵天线单元
CN206619695U (zh) * 2017-04-17 2017-11-07 中国计量大学 一种应用于5g频段的小型可穿戴微带天线
CN107425270A (zh) * 2017-06-29 2017-12-01 天津大学 一种柔性可穿戴特的小型化印刷超宽带单极子天线

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Design of a Planar Ultrawideband Antenna With a New Band-Notch Structure;Chong-Yu Hong et al.;《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》;第55卷(第12期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109149097A (zh) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hall et al. Antennas and propagation for body centric communications
Gupta et al. Development of wearable and implantable antennas in the last decade: A review
Khaleel et al. Wearable Yagi microstrip antenna for telemedicine applications
Lim et al. Wearable Textile Substrate Patch Antennas.
Rano et al. Design and analysis of wearable patch antenna array for MBAN applications
Dey et al. Design and performance analysis of UWB circular disc monopole textile antenna and bending consequences
Saha et al. Control of Gain and SAR for Wearable Antenna Using AMC Structure.
Atanasov et al. A wearable, low-profile, fractal monopole antenna integrated with a reflector for enhancing antenna performance and SAR reduction
Ito et al. Wearable antennas for body-centric wireless communications
Farooq et al. Design of a finger ring antenna for wireless sensor networks
CN109149097B (zh) 一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线
Rahaman et al. Design and overall performance analysis of an open end slot feed miniature microstrip antenna for on-body biomedical applications
Bakogianni et al. Design of a novel compact printed folded dipole antenna for biomedical applications
Klemm et al. Textile UWB antenna for on-body communications
Langley et al. Dual band wearable antenna
CN208753525U (zh) 一种利用纺织材料和导电织物设计的可穿戴天线
Kwon et al. Antennas for wireless body area network applications
Kwon et al. Design of a dual-band antenna for wearable wireless body area network repeater systems
Kim et al. An implantable antenna for wireless body area network application
Rahim et al. On-body Textile Monopole Antenna Characterization for Body-centric Wireless Communications
Choi et al. Design of an implantable antenna for WBAN applications
CN109860998B (zh) 一种可重构可穿戴微带天线
Rahayu et al. Design strategy on medical wearable antenna for tumor detection
Rahaman et al. Design of a miniature microstrip wide band antenna for on-body biomedical telemetry
Kaur et al. Wearable antennas for on-body communication systems

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 210044 No. 219 Ningliu Road, Jiangbei New District, Nanjing City, Jiangsu Province

Applicant after: Nanjing University of Information Science and Technology

Address before: 211500 Yuting Square, 59 Wangqiao Road, Liuhe District, Nanjing City, Jiangsu Province

Applicant before: Nanjing University of Information Science and Technology

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant