[發明專利]一種基于石墨烯的柔性寬帶單極子可穿戴天線

有效

• 申請號: 202110305098.1
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113161733B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 吳邊;李文華;祖浩然;盧宇鋒
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q1/38
• 分類號: H01Q1/38;H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q1/48;H01Q1/27
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明涉及一種基于石墨烯的柔性寬帶單極子可穿戴天線，包括：柔性介質基板以及設置在柔性介質基板上的共地結構和輻射單元，其中，共地結構位于輻射單元上方，通過饋電網絡與輻射單元連接，共地結構用于展寬可穿戴天線的工作帶寬；輻射單元采用平面單極子形式，包括依次連接的饋電導帶、第一過渡連接部、矩形槽天線部、第二過渡連接部以及U型槽天線部。本發明的基于石墨烯的柔性寬帶單極子可穿戴天線，將單極子天線形式的輻射貼片部分彎折，并對天線開設矩形槽及U形槽，延長了電流路徑，增加了天線電長度，從而實現天線的寬帶及小型化特性。共地結構展寬了可穿戴天線的工作帶寬，從而拓寬了可穿戴天線的應用前景。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種基于石墨烯的柔性寬帶單極子可穿戴天線。

背景技術

隨著無線通信技術的蓬勃發展以及可穿戴電子設備的興起，以人體為中心的無線通訊系統已經成為當今的研究熱點之一。人體無線通訊系統作為現代移動通信的重要組成部分，在醫療輔助、健康監測、娛樂休閑以及消防救援等領域發揮著重要的作用。而天線作為發射和接收電磁波的不可或缺的無線電設備，是無線通信系統中的重要環節。天線的性能將直接影響到通信系統的品質。為滿足人體通信的質量及舒適度要求，研究一種具備柔性、輕質量、低剖面等特點的可穿戴天線顯得尤為重要。

可穿戴天線的研究可大致分為以下三個方面：1、可穿戴天線模型的研究；2、可穿戴天線的材料應用；3、可穿戴天線與人體的交互影響。隨著軟件無線電的發展，VHF/UHF寬帶全向天線的研究引起越來越多學者的關注。目前的可穿戴天線，主要包括單極子形式和微帶貼片形式。單極子天線結構簡單且易于實現寬帶，但是這種類型的天線對人體影響較大(SAR值較高)，且通常尺寸較大，安裝不便。微帶貼片天線可實現人體與天線的隔離，但其本身帶寬較窄，且天線的性能會隨著形狀的改變而降低。而且貼片天線的柔性較差，不滿足人體對舒適度的需求。另外，可穿戴天線多為背負式天線，伸開后體積較大，士兵在穿越叢林等作戰環境時極為不便，難以適應作戰人員各類戰術動作，且隱蔽性較差。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于石墨烯的柔性寬帶單極子可穿戴天線。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

本發明提供了一種基于石墨烯的柔性寬帶單極子可穿戴天線，包括：柔性介質基板以及設置在所述柔性介質基板上的共地結構和輻射單元，其中，

所述共地結構位于所述輻射單元上方，通過饋電網絡與所述輻射單元連接，所述共地結構用于展寬可穿戴天線的工作帶寬；

所述輻射單元采用平面單極子形式，包括依次連接的饋電導帶、第一過渡連接部、矩形槽天線部、第二過渡連接部以及U型槽天線部，其中，

所述饋電導帶為豎直設置的矩形結構；

所述矩形槽天線部傾斜設置在所述饋電導帶下方，通過所述第一過渡連接部與所述饋電導帶連接，所述矩形槽天線部與豎直方向的夾角為70°-77°，其上下兩側均間隔設置有若干矩形槽，且上下兩側的所述矩形槽呈交錯排布；

所述U型槽天線部包括第一天線單元和第二天線單元，所述第一天線單元的一端與通過所述第二過渡連接部與所述矩形槽天線部連接，另一端設置有矩形凸起，所述第二天線單元設置有與所述矩形凸起匹配的U型凹槽，所述矩形凸起位于所述U型凹槽內，且與所述U型凹槽之間存在間距。

在本發明的一個實施例中，所述饋電導帶的長度為0.07λ_g-0.1λ_g，寬度為0.01λ_g-0.02λ_g，其中，λ_g為介質波導波長。

在本發明的一個實施例中，所述矩形槽的寬度≤15mm，深度為0.01λ_g-0.02λ_g，相鄰所述矩形槽之間的間距為0.03λ_g-0.18λ_g，其中，λ_g為介質波導波長。