可穿戴天线的制作方法

1.本技术涉及无线通信技术领域，具体涉及一种可穿戴天线。


背景技术：

2.当今世界正面临着严重的人口老龄化问题。以中国为例，到2025年，65岁及以上老年人口预计将达到3亿，进入中度老龄化社会。为了提供更好的医疗护理，远程监控数据传输老人生命体征数据，如心率、基础体温，血压等成为一种趋势。而这些生命体征数据可以通过天线无线传输到远程终端，从而实现对人体各项健康参数的远程监控，这也就要求这些设备是便携式的。无线体域网(wban)是以人体为中心的无线网络，有着良好的便捷性，同时也支持包括远程医疗监测在内的多种应用。因此，一种应用于wban的可穿戴天线吸引了众多研究者的关注。
3.然而，可穿戴天线安装在人体上，需要解决因人体活动可能造成的天线结构变形对天线性能的影响和减小天线的电磁辐射对人体的影响，迫切需要研究一种具有高性能、结构简单、低sar和成本低可普及，以及在弯曲变形和靠近人体等多种情况下都能保持高性能的，拥有强鲁棒性的天线非常适合于可穿戴应用。
4.在目前的研究中，很多研究者通过采用ebg、人工导磁体(amc)等结构减小天线的后向辐射进而降低天线的电磁辐射对人体的影响，但是它们的结构大多较为复杂，当天线发生结构变形时，天线的多个结构参数将受到不同程度的影响，这种复杂性增大了天线结构变形对其性能的影响。并且，这种结构较为复杂、结构参数较多的天线在日常使用中更加容易因关键参数的损坏造成天线性能明显变化，进而影响到天线的使用寿命。
5.因此，结构简单、具有高性能且能有效降低电磁辐射对人体影响的可穿戴天线是后续进一步研究改进的方向。


技术实现要素：

6.本技术的目的在于提供一种结构简单、稳定性较高的可穿戴天线。
7.为实现上述目的，本技术提供一种可穿戴天线，包括：相分离的单极子天线和浮动地结构；所述单极子天线包括第一介质基板和天线单元，第一介质基板具有相对的第一面和第二面，所述天线单元设置于所述第一介质基板的第一面上；所述浮动地结构包括第二介质基板和第一参考地，第二介质基板具有相对的第一面和第二面，所述第一参考地设置于所述第二介质基板的第一面上；所述第一介质基板的第二面与所述第二介质基板的第二面相对并行放置，且两者之间相隔第一距离。
8.进一步，所述第一参考地覆满整个所述第二介质基板的第一面上。
9.进一步，所述第一介质基板和第二介质基板大小相等，均为长方体。
10.进一步，所述第一介质基板的第一面为长方形，具有长边、短边和长边方向中轴线；所述天线单元包括辐射主体、微带馈线、第二参考地和第三参考地；所述辐射主体位于所述第一介质基板的第一面的中部，并以所述长边方向中轴线为中心线对称布置；所述微
带馈线位于所述第一介质基板的第一面的一短边侧，并以所述长边方向中轴线为中心线对称布置，且一端与所述辐射主体相连，另一端与所述第一介质基板的第一面的一短边齐平；所述第二参考地和第三参考地大小相同，位于与所述微带馈线相同的所述第一介质基板的第一面的一短边侧，并分别位于所述微带馈线两侧，与所述微带馈线之间具有间隙，并以所述长边方向中轴线为中心线对称布置。
11.进一步，所述辐射主体上设有缝隙，所述缝隙以所述长边方向中轴线为中心线对称布置。
12.进一步，所述辐射主体、微带馈线、第二参考地、第三参考地、缝隙均为长方形。
13.进一步，所述辐射主体、微带馈线、第二参考地、第三参考地、第一参考地采用cpw馈电。
14.进一步，所述第一介质基板、第二介质基板均具有弹性，可以弯曲；所述第一介质基板的第二面与所述第二介质基板的第二面正对放置，并保持相对固定。
15.进一步，所述第一介质基板的第二面与所述第二介质基板的第二面之间具有填充物，所述填充物的介电常数接近1。
16.进一步，所述第一介质基板的第一面的长边为50mm、短边为25mm，所述辐射主体的长边为23mm、短边为5mm，所述微带馈线的长边为18mm、短边为2mm，所述第二参考地、第三参考地的长边为11.4mm、短边为5mm，所述缝隙的长边为12.5mm、短边为3mm，所述第二参考地、第三参考地与所述微带馈线之间的间隙为0.1mm，所述第一介质基板的第二面与所述第二介质基板的第二面之间的第一距离为3.5mm，所述第一介质基板的厚度为0.5mm。
17.本技术所述可穿戴天线将单极子天线与浮动地结构分离设置，两者之间具有第一距离。这样，首先浮动地结构因为没有天线的具体结构，即使受人体活动的影响而变化，对天线的性能也不会产生影响；其次单极子天线因为有浮动地结构以及第一距离的缓冲，受人体活动的影响而变化的可能性和程度也减小了；所以，本技术所述可穿戴天线结构简单，稳定性较好。另外，浮动地结构对人体也同时起到了加强辐射保护的作用。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本技术提供的一种可穿戴天线的立体结构示意图；
20.图2是本技术提供的一种可穿戴天线的侧面示意图；
21.图3是本技术提供的一种可穿戴天线的单极子天线的正面示意图；
22.图4是本技术提供的一种可穿戴天线的单极子天线的e面辐射方向图；
23.图5是本技术提供的一种可穿戴天线的单极子天线的h面辐射方向图；
24.图6是本技术提供的一种可穿戴天线受人体活动影响而弯曲时弯曲曲率半径r＝15mm时的立体结构示意图；
25.图7是本技术提供的一种可穿戴天线受人体活动影响而弯曲时弯曲曲率半径r＝20mm时的立体结构示意图；
26.图8是本技术提供的一种可穿戴天线未弯曲时、弯曲曲率半径r＝15mm时时、弯曲曲率半径r＝20mm时，天线性能的对比图。
具体实施方式
27.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。此外，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术，并不用于限制本技术。在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”、“左”、“右”通常是指装置实际使用或工作状态下的上、下、左和右，具体为附图中的图面方向。
28.本技术提供一种可穿戴天线，以下分别进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对本技术实施例优选顺序的限定。且在以下实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
29.请参阅图1-图2所示，本技术提供一种可穿戴天线，包括：相分离的单极子天线1和浮动地结构5；所述单极子天线1包括第一介质基板10和天线单元20，第一介质基板10具有相对的第一面11和第二面12，所述天线单元20设置于所述第一介质基板10的第一面11上；所述浮动地结构5包括第二介质基板50和第一参考地59，第二介质基板50具有相对的第一面51和第二面52，所述第一参考地59设置于所述第二介质基板50的第一面51上；所述第一介质基板10的第二面12与所述第二介质基板50的第二面52相对并行放置，且两者之间相隔第一距离d2。
30.本技术所述可穿戴天线将单极子天线1与浮动地结构5分离设置，两者之间具有第一距离d2。这样，首先浮动地结构5因为没有天线的具体结构，即使受人体活动的影响而变化，对天线的性能也不会产生影响；其次单极子天线1因为有浮动地结构5以及第一距离d2的缓冲，受人体活动的影响而变化的可能性和程度也减小了；所以，本技术所述可穿戴天线结构简单，稳定性较好。另外，浮动地结构5对人体也同时起到了加强辐射保护的作用。
31.更好的，所述第一参考地59覆满整个所述第二介质基板50的第一面51上。即，所述第二介质基板50的第一面51上是全金属，比如铜，如此辐射保护的效果最好，受人体活动的影响而变化对天线的性能的影响也最小。请参阅图4和图5所示，为本技术所述可穿戴天线的e面和h面的辐射方向图，从中可以明显看到本技术所述可穿戴天线在所述第二介质基板50的第一面51即第一参考地59所在面的方向上的辐射非常小，对人体提供了很好的辐射保护。而且，请参阅图6和图7所示，为本技术所述可穿戴天线因受人体活动的影响而变化，弯曲曲率半径为r＝15mm和弯曲曲率半径为r＝20mm的情形。相应的，请参阅图8所示，为本技术所述可穿戴天线在未弯曲、弯曲曲率半径为r＝15mm、弯曲曲率半径为r＝20mm时的天线性能对比图，从中也可以明显看到本技术所述可穿戴天线因受人体活动的影响而变化时，其天线性能受影响而变化的程度也很小。
32.更好的，所述第一介质基板10、第二介质基板50均具有弹性，可以弯曲，以适宜穿戴在人体上，因人体活动的影响而弯曲，且弯曲时天线性能受到的影响也小，如前所述。所述第一介质基板10的第二面12与所述第二介质基板50的第二面52正对放置，并保持相对固
定。两者之间通过其他结构加以配合而固定；而且，固定后，所述第一介质基板10的第二面12与所述第二介质基板50的第二面52之间具有填充物60，所述填充物60的介电常数接近1，比如，可以抽真空。
33.更具体的，所述第一介质基板10和第二介质基板50大小相等，均为长方体。请参阅图3所示，相应的，所述第一介质基板10的第一面11为长方形，具有长边l、短边w和长边方向中轴线13；所述天线单元20包括辐射主体21、微带馈线22、第二参考地23和第三参考地24；所述辐射主体21位于所述第一介质基板10的第一面11的中部，并以所述长边方向中轴线13为中心线对称布置；所述微带馈线22位于所述第一介质基板10的第一面11的一短边w侧，并以所述长边方向中轴线13为中心线对称布置，且一端与所述辐射主体21相连，另一端与所述第一介质基板10的第一面11的一短边w齐平；所述第二参考地23和第三参考地24大小相同，位于与所述微带馈线22相同的所述第一介质基板10的第一面11的一短边w侧，并分别位于所述微带馈线22两侧，与所述微带馈线22之间具有间隙g，并以所述长边方向中轴线13为中心线对称布置。
34.所述天线单元20的结构也很简单，当本技术所述可穿戴天线因人体活动造成弯曲变形时，天线的重要结构参数受到的影响数量更少，这种可穿戴天线将具有更好的鲁棒性。而且，当可穿戴天线长期佩戴在人体上时，天线的关键参数受到的损耗数量少，与结构复杂的天线相比，可以延长天线的使用寿命；因为复杂的天线的结构参数多，同等弯曲变形情况下，受到损耗的结构参数将更加的多。
35.进一步，所述辐射主体21上设有缝隙25，所述缝隙25以所述长边方向中轴线13为中心线对称布置。
36.更具体的，所述辐射主体21、微带馈线22、第二参考地23、第三参考地24、缝隙25均为长方形。
37.所述辐射主体21、微带馈线22、第二参考地23、第三参考地24、第一参考地59采用cpw馈电。
38.在一具体实施例中，所述第一介质基板10的第一面11的长边l为50mm、短边w为25mm，所述辐射主体21的长边l1为23mm、短边w1为5mm，所述微带馈线22的长边l2为18mm、短边w2为2mm，所述第二参考地23、第三参考地24的长边l3为11.4mm、短边w3为5mm，所述缝隙25的长边l4为12.5mm、短边w4为3mm，所述第二参考地23、第三参考地24与所述微带馈线22之间的间隙g为0.1mm，所述第一介质基板10的第二面12与所述第二介质基板50的第二面52之间的第一距离d2为3.5mm，所述第一介质基板10的厚度d1为0.5mm。所述第一介电基板10、第二介电基板50的介电常数为3.5、损耗正切为0.0007的半柔性f4b基板，此基板较为常见，成本低。通过调整所述第二参考地23、第三参考地24与所述微带馈线22之间的间隙g和所述第一介质基板10的第二面12与所述第二介质基板50的第二面52之间的第一距离d2，可以改变天线的容性和感性阻抗，使天线获得所需的阻抗匹配。当然，其他的尺寸也可以根据实际产品的需要进行调整。本实施例所述可穿戴天线尺寸很小，达到了小型化要求；天线结构简单、成本低且易于加工，可规模生产；可工作于5.8ghz频段，适用于wban应用，覆盖ism高频频段(5.725-5.825ghz)，具有以下优势：
39.1)由于目前在医院中使用的无线设备大多工作在2.4ghz左右，选择高频频段天线受到的频段干扰较小；
40.2)5.8ghz wifi拥有更高的传输速率和良好的通信环境，更适合物联网应用；
41.3)5.8ghz wifi网络将会成为高吞吐物联网应用的主要传输网，未来将会有更多支持11ac\11ax等包含5ghz频段的家用无线路由器引入生命体征监测技术，本技术可与其完美兼容。
42.本技术所述可穿戴天线将单极子天线与浮动地结构分离设置，两者之间具有第一距离。这样，首先浮动地结构因为没有天线的具体结构，即使受人体活动的影响而变化，对天线的性能也不会产生影响；其次单极子天线因为有浮动地结构以及第一距离的缓冲，受人体活动的影响而变化的可能性和程度也减小了；所以，本技术所述可穿戴天线结构简单，稳定性较好。另外，浮动地结构对人体也同时起到了加强辐射保护的作用。
43.以上对本技术所提供一种可穿戴天线进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。