一种新型穿戴式天线的分集方法

摘要

本发明公开了一种新型穿戴式天线的分集方法，属于微波技术领域。本发明研制了一对相反旋向且具有端射波束的圆极化天线，“背对背”穿戴在人体身上。两个天线的最大波束方向分别指向人体外侧。两天线总以相反的旋向相互对准，因此，可以降低互耦，提高隔离度。天线具有端射宽波束圆极化的特性，且辐射方向平行于天线平面，既能平面隐藏，便于穿戴，又能接收到不同来波方向的多径分量，对分集接收比较有利。本发明的一对反旋向圆极化天线采用同轴馈电，便于制作和安装，馈线恰好和纽扣、衣料一次成形，具有结构简单、剖面低、体积小、制作成本低廉等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型穿戴式天线的分集方法，属于微波技术领域。

背景技术

圆极化天线的研究可以追溯到1940年。因为圆极化天线可以抗降雨的干扰，可以接受任意极化的波，圆极化天线辐射的圆极化波也可以由任意极化的天线接收到，也不需要复杂的跟踪系统就可以实现较好的匹配，因而在RFID、无线通信、卫星通信等诸多领域具有广阔的应用前景。

无线通信技术的迅猛发展，频谱资源的日益紧张，使通信系统面临越来越严峻的挑战，同时也对天线提出了越来越高的要求。为了提升系统容量，提高频谱利用率，人们提出了极化分集技术。用于极化分集系统的双圆极化天线成为当前国内外天线领域的研究热点之一。

随着无线通信技术的日益发展，个人通信技术的引进，便捷式、穿戴式、植入式无线通信系统受到越来越多的关注。例如，在以后，衣服中将会植入各种各样的消费类电子产品。在个人电子产品中，天线在可穿戴与便携单元中扮演着极其重要的角色。如今以人体为中心的无线通信系统成为移动通信系统的主要组成部分，这样的系统是由可穿在身上的元件完成无线交互的。研究已经涉及军事，医学，定位等领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型穿戴式天线的分集方法，该方法采用两个具有端射特性的反旋向平面圆极化天线，其背向波束反旋，两个反旋圆极化天线背对背放置，隔离度高，因此相关度低，有效降低了天线的互耦。两个反旋向的圆极化天线可以接收任意极化的来波，有效提高接收电平。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种新型穿戴式天线的分集方法，两个相反旋向的平面圆极化天线分别佩戴在人体两侧，两个天线以相反的旋向相互对准，两个天线的最大波束方向分别指向人体外侧，两个天线具有端射特性的波束，且波束最大方向平行于天线所在的平面。

作为本发明的进一步优化方案，两个平面圆极化天线采用同轴探头馈电。

作为本发明的进一步优化方案，两个平面圆极化天线采用等幅反相馈电。

作为本发明的进一步优化方案，平面圆极化天线包括介质基板；介质基板的上表面设置有相连的顶层电偶极臂、顶层相移线，下表面设置有底层电偶极臂、底层相移线；其中，顶层电偶极臂、底层电偶极臂的结构与尺寸相同，且相对于介质基板反对称排布；顶层相移线、底层相移线的结构与尺寸相同，且相对于介质基板反对称排布；顶层电偶极臂和底层电偶极臂构成平面电偶极子结构；介质基板的上下表面之间形成一个一面非封闭的长方体谐振腔，该谐振腔的非封闭面垂直于介质基板的表面，该谐振腔的非封闭面的上端和下端分别通过渐变结构与顶层相移线、底层相移线连接。

作为本发明的进一步优化方案，平面圆极化天线包括介质基板；介质基板的上表面设置有依次连接的顶层对跖V形辐射单元、顶层匹配枝节、顶层相位转换带线；介质基板的下表面设置有依次连接的底层对跖V形辐射单元、底层匹配枝节、底层相位转换带线；其中，顶层对跖V形辐射单元与底层对跖V形辐射单元具有相同的结构与尺寸，且相对于介质基板反对称排布；顶层匹配枝节与底层匹配枝节具有相同的结构与尺寸，且相对于介质基板反对称排布；顶层相位转换带线与底层相位转换带线具有相同的结构与尺寸，且相对于介质基板对称排布；介质基板的上下表面之间形成一个一面非封闭的长方体谐振腔，该谐振腔的非封闭面垂直于介质基板的表面，该谐振腔的非封闭面的上端和下端分别通过渐变结构与顶层相位转换带线、底层相位转换带线连接；顶层对跖V形辐射单元、底层对跖V形辐射单元形成一个开口对称环路，其开口方向朝向谐振腔的非封闭面，且开口对称环路在介质基板上的投影位置与谐振腔的位置不重叠。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明采用两个具有端射特性的反旋向平面圆极化天线，其背向波束反旋，两个反旋圆极化天线背对背放置，可以降低互耦，提高隔离度；同时具有端射宽波束圆极化的特性，辐射方向平行于天线所在的平面，既能平面隐藏，便于穿戴，又能接收到不同来波方向的多径分量并且便于制作和安装；馈线恰好和纽扣、衣料一次成形，具有结构简单、剖面低、体积小、制作成本低廉等特点。

附图说明

图1是本发明方法的示意图。

其中，1是左旋平面圆极化天线，2是右旋平面圆极化天线。

图2是采用HFSS软件计算的天线方向图，其中，(a)是两个圆极化天线在5.80GHz的xoy-平面方向图，(b)是两个圆极化天线在5.80GHz的xoz-平面方向图。

图3是采用HFSS软件计算得到的圆极化天线和倒F天线的方向图。

图4是利用HFSS软件仿真计算得到的圆极化天线、微带贴片天线和倒F天线的传输系数频率特性图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

对照附图1，本发明是采用一对相反旋向且具有端射波束的圆极化天线（左旋平面圆极化天线1和右旋平面圆极化天线2），穿戴在人体身上。两个天线的最大波束方向分别指向人体外侧。两天线总以相反的旋向相互对准；两个平面圆极化天线具有端射特性的波束，且波束最大方向平行于天线所在的平面，即xoy面。

所述的两个平面圆极化天线1和2采用同轴探头馈电；所述的两个平面圆极化天线1和2采用等幅反相馈电。

所述的两个平面圆极化天线1和2可由磁偶极子单元（即上述的谐振腔）和环路单元构成，也可由磁偶极子单元和电偶极子单元构成，（平面圆极化天线的具体结构这里不再赘述）。两种单元之间可采用采用宽边耦合双线连接，宽边耦合双线的长度为工作频率对应波长的1/3-1/5。

对照附图1中的参考坐标系与附图2，图2中的(a)和(b)分别给出了两个圆极化天线在5.80GHz的两个主工作面方向图（xoy-平面与xoz-平面）。由图2可见，在整个工作频段内，天线具有宽波束端射特性（其主波束指向+x方向）。

对照附图1中的参考坐标系与附图3，附图3是圆极化天线和倒F天线在5.80GHz的xoz-平面方向图。图中实线为圆极化天线的方向图，点划线是倒F天线的方向图。根据附图3的结果可见，圆极化天线在x轴方向上的增益大于倒F天线，圆极化天线的平均电平大于倒F天线的约2.5dB。

对照附图4，附图4是分别采用一对相反旋向且具有端射波束的圆极化天线，一对极化正交的微带贴片天线和一对极化正交的倒F天线，穿戴在人体身上，利用HFSS软件仿真计算得到的圆极化天线、微带贴片天线和倒F天线的传输系数频率特性。图中的实线为圆极化天线的传输系数特性曲线，点线为微带贴片天线的传输系数特性曲线，点划线为倒F天线的传输系数特性曲线。根据附图4的结果可见，圆极化天线的传输系数低于微带贴片天线和倒F天线，即圆极化天线的隔离度高于微带贴片天线和倒F天线。

综上所述，采用一对相反旋向且具有端射波束的圆极化天线，穿戴在人体身上，两个天线的最大波束方向分别指向人体外侧，具有隔离度高、端射宽波束圆极化的特性，且辐射方向平行于天线平面，既能平面隐藏，便于穿戴，又能接收到不同来波方向的多径分量，对分集接收比较有利，并且采用同轴馈电，便于制作和安装；馈线（即连接电源和馈电点之间的较长的同轴线）恰好可以和纽扣、衣料一次成形，具有结构简单、剖面低、体积小、制作成本低廉等特点。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。