CN111541012A - 一种可穿戴天线阵列馈电网络系统 - Google Patents

一种可穿戴天线阵列馈电网络系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可穿戴天线阵列馈电网络系统，包括：天线单元，天线单元以阵列的形式排布并集成在可穿戴载体上；天线馈电网络，用于连接各个天线单元和电子传感设备，是高频信号的传输线；可穿戴载体，用于搭载天线单元、天线馈电网络和电子传感设备；所述天线单元的阵列排布形式为：包括N个单圈环形天线单元阵列，N≥1，每个单圈环形天线单元阵列包括多个天线单元，呈环形等间距排布在可穿戴载体上；N个单圈环形天线单元阵列沿纵向等间隔排布成柱状。单圈环形天线单元阵列中所含天线单元数越多，天线阵列的全向性越好；在单圈环形天线单元阵列的天线单元个数相同时，单圈环形天线单元阵列的个数越多，整个柱状天线阵列的增益越大。

Description

一种可穿戴天线阵列馈电网络系统
技术领域
本发明属于天线技术领域，具体涉及一种可穿戴天线阵列馈电网络系统。
背景技术
随着通信技术与物联网技术的发展，可穿戴设备被越来越广泛地应用于医疗保健、军事安全、运动休闲等多个领域。可穿戴设备的作用正在不断显现。可穿戴设备作为直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备，并通过软件支持及数据交互、云端交互来实现强大的功能。可穿戴设备的数据发送和接收全部由设备集成的可穿戴天线。因此，作为设备的数据传输媒介，可穿戴天线的性能优劣直接影响到系统功能的实现。对此，本发明提出了一种可应用于多种领域的高性能可穿戴天线阵列馈电网络系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可穿戴天线阵列馈电网络系统，能够大大提升可穿戴设备天线的全向性和增益，可以应用于医疗保健、军事安全、运动休闲等多个领域。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种可穿戴天线阵列馈电网络系统，包括：
天线单元，天线单元以阵列的形式排布并集成在可穿戴载体上；
天线馈电网络，用于连接各个天线单元和电子传感设备，是高频信号的传输线；
可穿戴载体，用于搭载天线单元、天线馈电网络和电子传感设备；
所述天线单元的阵列排布形式为：包括N个单圈环形天线单元阵列，N≥1，每个单圈环形天线单元阵列包括多个天线单元，呈环形等间距排布在可穿戴载体上；N个单圈环形天线单元阵列沿单圈环形天线单元阵列的轴向等间隔排布成柱状。
在上述技术方案中，所述戴载体可以是马甲、头盔、帽子、腰带、手环或其它载体。
在上述技术方案中，所述天线单元应根据具体使用场景以及可穿戴电子传感设备性能要求来选取，包括但不限于贴片天线、偶极子天线。
在上述技术方案中，在医疗领域，优选为N≥3，每个单圈环形天线单元阵列包括至少8个天线单元，以实现天线高增益、高全向性的性能指标。
在上述技术方案中，在军事领域，选取单圈环形天线单元阵列集成在战士腰带和帽子或者头盔上。
在上述技术方案中，在运动休闲领域中，选用单圈环形天线单元阵列集成在手环上。
在上述技术方案中，天线单元和天线馈电网络根据实际需求选用固定式或者可拆卸式安装在可穿戴载体上。
在上述技术方案中，天线馈电网络包括并联馈电网络和串联馈电网络两种方式。
本发明的优点和有益效果为：
1.本发明通过天线阵列排布的方式，在不改变天线工作带宽的情况下，实现了比单个可穿戴天线更好的全向性和增益，实现了设备内部数据与外部系统间的高效传输，保证了可穿戴设备的可靠运行。
2.本发明提出的可穿戴天线设计方法在具体使用时，针对应用场景可由设计者自行选择天线类型、单元个数、阵列排布方式和天线集成方式，从而实现了天线设计思路不同领域的应用，灵活实用。
3.本发明采用小型化的天线进行阵列排布，天线能平整地集成在衣物、腰带、帽子或手环等服饰配件上，用户在实际穿戴时不会有异物感，保证了用户使用时的舒适性和安全性，兼具美观性。
4.本发明提出了一种可应用于多种领域的可穿戴天线设计方法，实现了可穿戴设备与外部间高效稳定的数据传输，可穿戴天线阵列结构简单，实用性强，应用范围广，使用灵活。
附图说明
图1是天线单元组成的柱形天线阵列示意图；
图2是应用于医疗检测领域的马甲型可穿戴天线阵列示意图；
图3(a)是应用于军事领域的头盔型可穿戴天线阵列示意图；
图3(b)是腰带型可穿戴天线阵列示意图；
图4是应用于运动休闲领域的手环型可穿戴天线阵列示意图；
图5(a)N个单圈环形天线单元阵列沿纵向排布成的柱状柱形天线阵列采用并联馈电网络进行连接的示意图；
图5(b)单圈环形天线单元阵列采用并联馈电网络进行连接的示意图；
图5(c)单圈环形天线单元阵列采用串联馈电网络进行连接的示意图。
对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
参见附图，一种可穿戴天线阵列馈电网络系统，包括：
天线单元2，天线单元以阵列的形式排布并集成在可穿戴载体上；
天线馈电网络3，用于连接各个天线单元和电子传感设备，是高频信号的传输线；
可穿戴载体1，用于搭载天线单元、天线馈电网络和电子传感设备；
所述天线单元的阵列排布形式为：包括N个单圈环形天线单元阵列，N≥1，每个单圈环形天线单元阵列包括多个天线单元，呈环形等间距排布在可穿戴载体上；N个单圈环形天线单元阵列沿纵向(即沿单圈环形天线单元阵列的轴向)等间隔排布成柱状(参见图1)。单圈环形天线单元阵列中所含天线单元数越多，天线阵列的全向性越好；在单圈环形天线单元阵列的天线单元个数相同时，单圈环形天线单元阵列的个数越多，整个柱状天线阵列的增益越大。
进一步的说，所述可穿戴载体可以是马甲、头盔、帽子、腰带、手环或其它载体。
进一步的说，所述天线单元应根据具体使用场景以及可穿戴电子传感设备性能要求来选取，包括但不限于贴片天线、偶极子天线，以实现最好的系统性能，所选取天线单元工作频率满足具体应用领域工作频段要求。
在具体设计可穿戴天线阵列时，首先应根据具体应用领域和具体使用场景，天线的性能指标要求，用户的穿戴要求，两大方面确定可穿戴天线的集成方案。以下说明针对三个典型使用情景举例：
实施例二
在实施例一的基础上，如图2所示，在医疗领域，考虑到医疗监测对数据实时传送的需求、医疗影像数据传输对传输速率和传输带宽的需求以及病人身体对电磁波传输的阻碍损耗，优选为选用3个以上(包含3个)的单圈环形天线单元阵列，每个单圈环形天线单元阵列包括至少8个天线单元，以实现天线高增益、高全向性的性能指标。此时，为保障患者佩戴舒适性和安全性，采用圆柱形阵列的方式集成在特制马甲上。
实施例三
在实施例一的基础上，如图3(a)和3(b)所示，在军事领域，单兵军事设备主要传输位置信息，进行实时语音通话两大功能，对天线性能要求低于医疗影像传输，但同时也对天线提出了小型化，隐蔽性高的要求，避免影响战士作战。对此可选取单圈环形天线单元阵列集成在战士腰带和帽子、头盔上。
实施例四
在实施例一的基础上，如图4所示，在运动休闲领域中，可穿戴设备主要用于GPS定位，对运动者呼吸速率、心率进行测量，并定时发送给移动设备。因此，对可穿戴天线性能要求较低。在设计时，选用单圈环形天线单元阵列集成在手环上，将天线对运动者的影响降到最低，减轻运动者负担。
实施例五
在上述实施例的基础上，可穿戴天线单元和天线馈电网络同马甲、头盔、帽子、腰带、手环或其它载体集成时，设计人员可根据实际需求灵活选用固定式和可拆卸式两种集成方式。固定式即天线单元和天线馈电网络以一体成型或粘合等方式固化在可穿戴载体上，一旦固定后天线无法拆卸；可拆卸式则同固定式相反，在需要改变天线单元和天线馈电网络位置或更换天线单元和天线馈电网络时可自由拆卸。如在军事上，应选用固定式可穿戴集成方式以符合军工产品对高可靠性的要求。对于民用运动休闲领域的手环，则可选用一体化成型的固定方式将天线固化在手环上保证产品的耐用性和美观性。在医疗保健领域，采用可拆卸式的集成方式，使得医护人员能够根据病人体型调整可穿戴天线的位置，优化天线阵列的增益和全向性，使可穿戴医疗检测设备达到最佳性能。
实施例六
图5展示了天线馈电网络的结构，天线馈电网络包括并联馈电网络和串联馈电网络两种方式。如图5(a)和5(b)所示，并联馈电网络主要用于医疗、军事领域，以实现更高的辐射效率，更好的方向性和更低的波束波动；如图5(c)所示，串联馈电网络用于运动休闲等对天线性能要求相对较低的应用场景，串联馈电网络结构简单、布局紧凑的优点、天线效率高的优点，更适用于运动手环类体积受限的设备。
为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：包括：
天线单元，天线单元以阵列的形式排布并集成在可穿戴载体上；
天线馈电网络，用于连接各个天线单元和电子传感设备，是高频信号的传输线；
可穿戴载体，用于搭载天线单元、天线馈电网络和电子传感设备；
所述天线单元的阵列排布形式为：包括N个单圈环形天线单元阵列，N≥1，每个单圈环形天线单元阵列包括多个天线单元，呈环形等间距排布在可穿戴载体上；N个单圈环形天线单元阵列沿单圈环形天线单元阵列的轴向等间隔排布成柱状。
2.根据权利要求1所述的可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：所述戴载体是马甲或者头盔或者帽子或者腰带或者手环。
3.根据权利要求1所述的可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：所述天线单元应根据具体使用场景以及可穿戴电子传感设备性能要求来选取，包括但不限于贴片天线、偶极子天线。
4.根据权利要求1所述的可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：在医疗领域，优选为N≥3，每个单圈环形天线单元阵列包括至少8个天线单元，以实现天线高增益、高全向性的性能指标。
5.根据权利要求1所述的可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：在军事领域，选取单圈环形天线单元阵列集成在战士腰带和帽子或者头盔上。
6.根据权利要求1所述的可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：在运动休闲领域中，选用单圈环形天线单元阵列集成在手环上。
7.根据权利要求1所述的可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：天线单元和天线馈电网络根据实际需求选用固定式或者可拆卸式安装在可穿戴载体上。
8.根据权利要求1所述的可穿戴天线阵列馈电网络系统，其特征在于：天线馈电网络包括并联馈电网络和串联馈电网络两种方式。
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