【摘 要】
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可穿戴天线随着穿戴设备的日趋发展,商业价值和学术研究潜力越来越高,借助多模谐振理论设计微带形式的可穿戴天线是一个较为有意义的研究课题。本文深入研究了多模谐振理论,归纳总结了常见的模式频率调节和辐射特性改善的方法,探讨应用于超表面的特征模理论,设计了多频带、宽带非均匀超表面、体表体外双通信模式的可穿戴天线。具体工作如下:在多频带可穿戴方面,首先设计了一款嵌套双频天线。将不同长度的环状贴片和矩形贴片嵌
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可穿戴天线随着穿戴设备的日趋发展,商业价值和学术研究潜力越来越高,借助多模谐振理论设计微带形式的可穿戴天线是一个较为有意义的研究课题。本文深入研究了多模谐振理论,归纳总结了常见的模式频率调节和辐射特性改善的方法,探讨应用于超表面的特征模理论,设计了多频带、宽带非均匀超表面、体表体外双通信模式的可穿戴天线。具体工作如下:在多频带可穿戴方面,首先设计了一款嵌套双频天线。将不同长度的环状贴片和矩形贴片嵌套在一起,连接处加入短路探针,提高贴片TM10模式和环模式间的隔离度,使其分别谐振,形成双频特性。其次设计了一款单片三频可穿戴天线。在矩形微带贴片一侧加入探针使内电场归零,利用模式TM1/2,0、TM3/2,0和TM5/2,0构造具有三频带特性天线。加载弯折枝节臂抵消对定向辐射贡献较小的反向电流,减小旁瓣。开槽进一步优化定向辐射,调节三个模式的谐振频率。两款天线分别通过单层结构实现双频与三频特性。在宽带可穿戴方面设计了一款宽带单层非均匀共面超表面天线。利用特征模理论对超表面进行分析,组合具有相同辐射特性的模式1和模式5,以拓展带宽,四个角单元贴片上模式5的特征电流较强,对其进行十字开槽以减小尺寸。天线的实测带宽为4.97 GHz-5.96 GHz,相对带宽为18.1%,相比其他单层天线带宽具有一定的优势。在体表和体外双模式可穿戴方面首先设计了一款矩形双模式天线。天线利用矩形贴片的定向模式TM10和全向模式TM00分别实现体外和体表传输。加载探针有效激发了TM00模式,四个角的开槽改善了全向辐射特性。其次设计了一款圆形双模式天线。体表和体外通信分别由圆形贴片的TM01模式和TM11模式实现。边缘六个对称的圆弧凹槽用于调整两个模式的谐振频率和相应的阻抗匹配。两款天线的体表和体外模式分别覆盖了2.4 GHz和5.8 GHz的WLAN频段。设计的五款天线均结构紧凑简单且剖面较低,柔性材料加工,易集成于可穿戴设备,在不同人体组织的测试性能较为良好,对人体的辐射也在安全标准值范围内,具有较好的实际应用潜力。
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