無線體域網(wǎng)(WBAN)中超寬帶及可穿戴天線的研究.pdf

1、無線體域網(wǎng)是以人體為中心的無線網(wǎng)絡(luò)，在軍事和醫(yī)療等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。超寬帶技術(shù)由于可以與現(xiàn)有的頻譜資源共享頻帶而得到了廣泛的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)無線體域網(wǎng)的最佳候選技術(shù)之一，而其中超寬帶天線的設(shè)計(jì)也對(duì)傳統(tǒng)的天線設(shè)計(jì)理論提出了新的挑戰(zhàn)。在人體身上佩戴可穿戴天線進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，更能滿足無線體域網(wǎng)的需要。本文主要研究用于無線體域網(wǎng)的超寬帶天線和可穿戴天線，結(jié)合等效電路、傳輸函數(shù)和時(shí)域波形來分析超寬帶天線的性能；在可穿戴天線中加載電磁帶隙結(jié)構(gòu)以

2、減小天線對(duì)人體的電磁輻射，研究可穿戴天線在彎折和靠近人體時(shí)的特性。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　1．研究并設(shè)計(jì)了三款超寬帶天線
　　根據(jù)電流分布對(duì)稱切割和縮比原理，得到一種小型化的圓形縫隙超寬帶天線，天線的體積縮小到原結(jié)構(gòu)的0.125倍。實(shí)測的天線系統(tǒng)傳輸函數(shù)，其幅度在5.5-10.6GHz頻率范圍內(nèi)比較平坦，相位近似線性，天線在xz平面內(nèi)的波形保真度大于0.9750，有利于脈沖信號(hào)的傳輸。
　　根據(jù)微波傳輸線理

3、論，對(duì)一種基于半波長開路諧振器的單阻帶超寬帶天線進(jìn)行分析，提出了一種基于四分之一波長短路諧振器的單阻帶超寬帶天線。天線在保持輻射特性幾乎不變的情況下，提高了阻帶內(nèi)的電壓駐波比值，減小了阻帶內(nèi)的增益值，該天線具有更好的濾波效果。
　　通過在輻射單元和地面上開槽的方法，提出了一種雙阻帶 U形單極子超寬帶天線。根據(jù)表面電流的分布，在傳輸線理論分析中分別以并聯(lián)終端開路傳輸線和串聯(lián)終端短路傳輸線來分析3.5GHz和5.5GHz的阻帶特性。由

4、RLC諧振網(wǎng)絡(luò)組成的等效電路與天線輸入阻抗得到的結(jié)果一致，驗(yàn)證了等效電路的正確性。
　　2．研究并設(shè)計(jì)了兩款電磁帶隙結(jié)構(gòu)
　　在分析矩形貼片電磁帶隙結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過金屬層內(nèi)部挖孔的方法實(shí)現(xiàn)了小型化，得到一種矩形環(huán)狀單頻電磁帶隙結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有制作方便的特點(diǎn)，適合可穿戴應(yīng)用場合。在此基礎(chǔ)上又設(shè)計(jì)了一種矩形環(huán)狀雙頻電磁帶隙結(jié)構(gòu)，通過選擇合理的參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)各自頻段的參數(shù)調(diào)節(jié)，同時(shí)對(duì)另一個(gè)工作頻段的性能影響很小。通過分析表面電流分

5、布和反射相位曲線，對(duì)這兩種電磁帶隙結(jié)構(gòu)的參數(shù)做了優(yōu)化，用懸置微帶線法測量的結(jié)果也滿足設(shè)計(jì)要求。
　　3．研究并設(shè)計(jì)了兩款可穿戴天線
　　在分析超寬帶圓形縫隙天線的基礎(chǔ)上，提出了一種用于2.4GHz WLAN頻段的可穿戴圓形縫隙天線，為了減小天線對(duì)人體的電磁輻射，在天線結(jié)構(gòu)中加載矩形環(huán)狀單頻電磁帶隙結(jié)構(gòu)后，計(jì)算的SAR值減小到1g標(biāo)準(zhǔn)的0.554W/kg和10g標(biāo)準(zhǔn)的0.23W/k g，滿足美國和歐洲所用的標(biāo)準(zhǔn)?？纱┐鲌A形縫隙

6、天線的優(yōu)點(diǎn)是其具有較寬的帶寬，在天線彎折時(shí)比較容易覆蓋所需要的頻帶；其缺點(diǎn)是諧振頻率隨著天線的彎折會(huì)移動(dòng)，穩(wěn)定性較差。
　　提出了一種用于2.4GHz/5.8GHz WLAN雙頻段的可穿戴平面倒F形天線，天線的兩個(gè)工作頻段可通過調(diào)節(jié)兩個(gè)諧振單元的長度實(shí)現(xiàn)，而彼此之間影響很小。加載電磁帶隙結(jié)構(gòu)后，天線的方向圖出現(xiàn)了單向輻射特性；工作頻段內(nèi)天線的增益有所增加；天線對(duì)人體的電磁輻射也滿足要求。可穿戴雙頻平面倒F形天線的優(yōu)點(diǎn)是其具有很好的