本實(shí)用新型涉及通訊
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中，常見的無線系統(tǒng)包括雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等，其天線通常是金屬材質(zhì)，或金屬與固體介質(zhì)的混合結(jié)構(gòu)。在可穿戴領(lǐng)域，國內(nèi)外近年來相關(guān)天線實(shí)現(xiàn)途徑主要包括以下幾方面：一、含銀納米線的小型化平面天線，首先使用模板將銀納米線排列為特定的圖案，然后鋪上一層液體聚合物，待聚合物凝固后，形成包含預(yù)期圖案的彈性材料，該圖案材料能構(gòu)成帶貼片天線的輻射組件，通過調(diào)整其形狀，控制天線工作頻率。二、金屬鈕扣或金屬皮帶扣天線。尺寸小，具有一定的輻射能力，對于波長較長、頻率較高的系統(tǒng)，其電尺寸才有優(yōu)勢。三、標(biāo)志天線。主要是以箱包、衣服上的標(biāo)志(logo)作為天線實(shí)現(xiàn)可穿戴系統(tǒng)的信號輻射和接收，比如韓國2015年發(fā)表的路易威登LV形狀的天線，使用具有一定導(dǎo)電性的材料替代原始布藝材料，加工制作LV標(biāo)志，保持商標(biāo)形狀和尺寸不變。還有人研究使用蘋果(Apple)公司的帶缺口的蘋果形狀的結(jié)構(gòu)作為天線，應(yīng)用纖維質(zhì)材料，也獲得了一定的輻射和接收能力。四、金屬材料的變形振子天線、環(huán)天線等，尺寸很小，做到系統(tǒng)中，跟目前主流的手機(jī)天線類似，通常比手機(jī)天線更小?，F(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用的天線均存在不足，具體是：布料織物天線的不足，主要是由于其導(dǎo)電性弱，導(dǎo)致輻射能力弱，輻射增益低，效率低，能量損失較大；變形振子天線和環(huán)天線，以及鈕扣天線和皮帶扣天線，有個(gè)共同特點(diǎn)是物理尺寸小，電尺寸受限，輻射方向性較弱，輻射和接收無線電能量不夠集中。綜上所述，急需一種結(jié)構(gòu)精簡、攜帶方便且具有一定電磁輻射能力和方向圖特性的天線以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型目的在于提供一種結(jié)構(gòu)精簡、攜帶方便具有較強(qiáng)的電磁輻射能力和較好的方向圖特性且自然可重構(gòu)的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，具體技術(shù)方案如下：一種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，包括設(shè)于用于人體穿戴的物件上的拉鏈以及與所述拉鏈連接的饋電端；所述拉鏈的材質(zhì)為金屬材質(zhì)；所述饋電端包括同軸接頭以及設(shè)置在所述同軸接頭上且與所述拉鏈連接的探針。為了達(dá)到更好的技術(shù)效果，所述饋電端還包括微帶介質(zhì)基板，所述同軸接頭垂直貫穿所述微帶介質(zhì)基板設(shè)置。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述微帶介質(zhì)基板的材質(zhì)為FR-4，其介電常數(shù)為4.3，其長×寬×厚為100mm×70mm×1.2mm。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述饋電端設(shè)置在所述拉鏈的中部、底端的頂面、底端的底面以及底端的側(cè)面中的至少一處。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述同軸接頭通過插入所述拉鏈的方式與所述拉鏈進(jìn)行連接，或者是所述同軸接頭通過沾粘部件與所述拉鏈進(jìn)行連接。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述拉鏈的長度為68cm。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述拉鏈拉合的方向?yàn)槿梭w站立時(shí)的由下至上方向。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，具有以下有益效果：(1)本實(shí)用新型的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線包括設(shè)于用于人體穿戴的物件上的拉鏈以及與所述拉鏈連接的饋電端；所述拉鏈的材質(zhì)為金屬材質(zhì)；所述饋電端包括同軸接頭以及設(shè)置在所述同軸接頭上且與所述拉鏈連接的探針。本實(shí)用新型的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線結(jié)構(gòu)精簡；采用衣服上的金屬拉鏈作為輻射體，具有一定的電磁輻射能力和方向圖特性，既具有無需單獨(dú)安裝、攜帶方便的效果，又能實(shí)現(xiàn)電磁能量在空中的分布(作為發(fā)射天線用)或具備從空中某區(qū)域捕獲電磁信號和能量的功能(作為接收天線用)，實(shí)用性強(qiáng)。(2)本實(shí)用新型中所述饋電端還包括微帶介質(zhì)基板，所述同軸接頭垂直貫穿所述微帶介質(zhì)基板設(shè)置。該微帶介質(zhì)基板用于進(jìn)行輔助饋電；所述微帶介質(zhì)基板的材質(zhì)為FR-4，其介電常數(shù)為4.3，其長×寬×厚為100mm×70mm×1.2mm，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該微帶介質(zhì)基板可以減小尺寸或放大尺寸或取消此部件，微帶介質(zhì)基板主要影響天線的前后輻射能力之比以及最大增益的具體數(shù)值，但不會(huì)引起技術(shù)指標(biāo)和性能的嚴(yán)重降低。(3)本實(shí)用新型中所述饋電端設(shè)置在所述拉鏈的中部、底端的頂面、底端的底面以及底端的側(cè)面中的至少一處，位置差別主要影響阻抗匹配性能和工作頻率的高低，可滿足不同的需求；所述同軸接頭與所述拉鏈的連接方式也有多種，如插入式接觸連接以及通過沾粘部件進(jìn)行沾粘連接，便于安裝、檢修和拆卸。(4)本實(shí)用新型中所述拉鏈的長度為68cm，所述拉鏈拉合的方向?yàn)槿梭w站立時(shí)的上下方向，可實(shí)現(xiàn)對人體周圍的前上方空間進(jìn)行覆蓋，其尺寸的選擇能夠滿足常用無線電系統(tǒng)的基本需求，詳情是：使用前，保持拉鏈全拉合或?qū)溣上轮辽匣蛴缮现料吕_某種程度，或者全部拉開，天線均具有一定的電磁輻射能力。拉鏈的拉合程度對于天線的阻抗匹配特性存在輕微的影響，主要影響反射系數(shù)的具體數(shù)值，而幾乎不會(huì)引起工作頻率漂移。而天線的輻射方向圖特性與拉開程度直接相關(guān)。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖說明構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例1的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例1中拉鏈天線與單極子天線二維極坐標(biāo)方向圖比較；圖3為實(shí)施例1中拉鏈拉開四分之一、拉開一半和全拉開情況下拉鏈天線的二維極坐標(biāo)方向圖；圖4為信號輸入饋電的激勵(lì)端位于拉鏈端頭下方時(shí)拉鏈天線的仿真和實(shí)測反射系數(shù)曲線；圖5為信號輸入饋電的激勵(lì)端置于拉鏈右邊第一個(gè)梳齒時(shí)天線的仿真和實(shí)測反射系數(shù)曲線；圖6為信號輸入饋電的激勵(lì)端分別置于拉鏈左邊梳齒(第一個(gè))、右邊梳齒(第一個(gè))、拉鏈端頭上表面和側(cè)面時(shí)天線的反射系數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)；圖7為拉鏈天線方向圖的仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)二維極坐標(biāo)方向圖對比；其中，1、拉鏈，2、饋電端，2.1、同軸接頭，2.2、探針，2.3、微帶介質(zhì)基板。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。實(shí)施例1：參見圖1(圖上方的兩排省略點(diǎn)代表此圖以上部分未畫出)，一種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，包括設(shè)于用于人體穿戴的物件上的拉鏈1以及與拉鏈1連接的饋電端2。所述拉鏈1的材質(zhì)為金屬材質(zhì)，即為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的金屬拉鏈。所述饋電端2包括同軸接頭2.1、設(shè)置在所述同軸接頭2.1上且與所述拉鏈連接的探針2.2以及微帶介質(zhì)基板2.3，所述同軸接頭2.1垂直貫穿所述微帶介質(zhì)基板2.3設(shè)置。所述微帶介質(zhì)基板2的材質(zhì)為FR-4，其介電常數(shù)為4.3，其長Lg×寬×厚Ts為100mm×70mm×1.2mm。圖1為所述饋電端2設(shè)置在所述拉鏈底端的底面時(shí)的示意圖，還可以根據(jù)實(shí)際情況選擇所述饋電端設(shè)置在所述拉鏈的中部、底端的頂面或底端的側(cè)面，此處的底端具體指拉合的起始部位。所述同軸接頭2.1通過插入所述拉鏈1的方式與所述拉鏈1進(jìn)行連接。還可以根據(jù)實(shí)際情況采用以下連接方式：所述同軸接頭2.1通過沾粘部件與所述拉鏈1進(jìn)行連接。所述拉鏈1的長度為68cm，且所述拉鏈1拉合的方向?yàn)槿梭w站立時(shí)的由下至上方向。所述拉鏈的梳齒間距、梳齒長度、拉鏈端頭長寬和厚度等尺寸，在市場上現(xiàn)有服裝拉鏈產(chǎn)品的參數(shù)下，數(shù)值為1mm-10mm量級，均可以獲得有效的天線阻抗匹配和輻射方向性，區(qū)別在于諧振頻率、反射系數(shù)、特定方向上的增益等具體數(shù)值，具體尺寸根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)即可，總體上此些金屬拉鏈均可應(yīng)用。鑒于拉鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)已固定尺寸，為調(diào)整拉鏈天線的諧振工作頻率，可根據(jù)具體系統(tǒng)需求，設(shè)計(jì)單獨(dú)的阻抗變換段，完成從饋電端到拉鏈的阻抗過渡，實(shí)現(xiàn)天線的良好匹配性能。針對本實(shí)施例的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，在微波暗室進(jìn)行用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線方向圖測試，主要儀器為德科技Keysight公司生產(chǎn)的9717A便攜式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，配合超寬帶對數(shù)周期天線(30MHz-18GHz)和水平單軸轉(zhuǎn)臺，完成電壓駐波比、方向圖等技術(shù)指標(biāo)測試，分別獲得水平和垂直極化方向性數(shù)據(jù)。對數(shù)周期天線架設(shè)于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀處，作為發(fā)射端；拉鏈天線放置于轉(zhuǎn)臺上，作為接收端，兩天線距離5m，高度一致，通過測控軟件控制儀器發(fā)射信號并讀取網(wǎng)絡(luò)分析儀的S參數(shù)。測試帶寬為30MHz-8GHz，詳情如下：圖2為拉鏈天線與單極子天線二維極坐標(biāo)方向圖比較；圖3為拉鏈拉開四分之一、拉開一半和全拉開情況下拉鏈天線的二維極坐標(biāo)方向圖；圖4為信號輸入饋電的激勵(lì)端位于拉鏈端頭下方時(shí)拉鏈天線的仿真和實(shí)測反射系數(shù)曲線；圖5為信號輸入饋電的激勵(lì)端置于拉鏈右邊第一個(gè)梳齒時(shí)天線的仿真和實(shí)測反射系數(shù)曲線；圖6為信號輸入饋電的激勵(lì)端分別置于拉鏈左、右第一梳齒、拉鏈端頭上表面和側(cè)面時(shí)天線的反射系數(shù)實(shí)測數(shù)據(jù)；圖7為拉鏈天線方向圖的仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)二維極坐標(biāo)方向圖對比。結(jié)合圖2-圖7，總體來說，天線反射系數(shù)和水平、垂直極化方向圖(三維方向圖和二維極坐標(biāo)方向圖均吻合很好，此處只圖示二維極坐標(biāo)方向圖)的實(shí)測數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了拉鏈天線的有效性。在阻抗匹配特性方面，當(dāng)饋電點(diǎn)置于拉鏈下方端頭下部時(shí)，諧振頻率有兩個(gè)，高頻段為主諧振，頻率為7.6GHz；低頻段為次諧振，頻率為3.0GHz。當(dāng)饋電點(diǎn)位于拉鏈右邊第一個(gè)梳齒時(shí)，諧振點(diǎn)只有一個(gè)，在2.75GHz。在前述各種饋電激勵(lì)位置情況中，當(dāng)饋電點(diǎn)置于拉鏈下方端頭上表面時(shí)，天線實(shí)測的帶寬最寬，且具有兩個(gè)諧振頻點(diǎn)，對應(yīng)兩個(gè)工作頻段。在天線方向圖和增益特性方面，實(shí)測數(shù)據(jù)表明，天線在拉鏈拉開上方四分之一長度、工作于頻率2.8GHz的增益典型值為為6.71dBi，具有較強(qiáng)的方向性。表1給出了拉鏈拉開不同程度下天線增益和主波束3分貝寬度的數(shù)據(jù)。表1拉鏈拉開不同程度下天線增益和主波束3分貝寬度統(tǒng)計(jì)拉開程度增益(dBi)3分貝寬度(度)全拉合7.0118.4拉開四分之一5.9919.9拉開一半6.4326.9拉開四分之三4.9940.6全拉開3.8059.3綜上所述，本實(shí)用新型技術(shù)方案的用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線，效果是：1、結(jié)構(gòu)精簡，安裝牢靠，便于制作、攜帶和使用，不占用用戶額外空間。2、具有自然可重構(gòu)性。拉鏈拉開程度的不同，直接影響天線的輻射方向性，是一種方向圖可重構(gòu)天線。3、用于輻射和接收電磁波，是無線通信、無線探測、無線傳感、無線電導(dǎo)航定位等領(lǐng)域的一種工具。具體是：利用人體可穿戴物件上已有的金屬拉鏈，對其施加合適的激勵(lì)，注入微波信號，借助于不同的拉鏈形態(tài)所具備的電磁輻射性能，將信號發(fā)射出去，作為發(fā)射天線用；或者是，利用金屬拉鏈對空中電磁場的感應(yīng)和捕獲能力，從空間耦合電磁信號，引入可穿戴電子設(shè)備或系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)從空間無線到電路有線之間的能量轉(zhuǎn)換，作為接收天線用。4、屬于電子科學(xué)與
技術(shù)領(lǐng)域：
的電磁輻射理論與技術(shù)，因這種用于可穿戴式無線系統(tǒng)的拉鏈天線可以根據(jù)饋電位置和饋電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同而諧振于不同的頻率，典型覆蓋頻段包括1.5GHz-1.7GHz(北斗和GPS衛(wèi)星導(dǎo)航常用頻段)、2.4GHz-2.5GHz/5.7GHz-5.9GHz(ISM頻段，工業(yè)/科研/醫(yī)療開放公用頻段)等，使得此天線可應(yīng)用于無線導(dǎo)航與定位、空間電磁能量收集和充電、人體中心網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字多媒體、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市、智能家居、運(yùn)動(dòng)及醫(yī)學(xué)和健康數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3