可穿戴式柔性天线

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1、2010年第2期总第110期通信对抗COMMUNICATIONCOUNTERMEASURESNo.22010Sum.110················································································································································通通通信信信对对对抗抗抗2010年第2期可穿戴式柔性天线PekkaSalonenMikkoKes

2、kilammiPatriaAviationOySaskenFinlandOyTampere,FinlandKaustinen,Finland摘要：可穿戴式柔性天线是一种新概念天线，它利用柔性材料的特点使得整个天线结构具有柔软和易弯曲性。描述了天线弯曲是如何影响可穿戴式编织材料天线性能的，重点研究了因天线弯曲而产生的天线谐振频率的波动和输入匹配带宽的变化，同时还分析了其对辐射方向图畸变和辐射效率的影响，最后给出了常规贴片天线、电磁带隙天线和双频段U型槽天线三种不同天线的研究结果。1引言在现代战争中，作为

3、信息链接的单兵显得越来越重要[1-2]。新系统的发展趋势重点强调未来士兵在本地监测网内充当一条链路的作用以及士兵与包括装甲车和无人飞行器（UAVs）等在内的其它现代战场单元之间通信的重要性。因此，士兵的个人装备应包括头盔显示器、全球定位系统、数字电台和视频观测器等。所有这些设备将增强战场态势感知能力，如图1所示。显而易见，在这些系统中，编织材料天线在优化系统性能方面将发挥极为重要的作用。讨论了上述提到的三种不同编织材料天线的所有参数的结果。这三种天线即为常规的贴片天线、双波段天线和电磁带隙（EBG）

4、天线。天线的测试装置包括两个直径分别为70mm和150mm的圆柱形发泡塑料。其大小正好是人体（如胳膊、腿和肩膀）的典型尺寸。天线沿着xz和yz两个主平面（分别为E面和H面）曲绕着圆柱体。为了便于比较，本文给出了S11测试结果，同时也给出了上述这三种天线的所有测试结果[4-6]。2电磁带隙天线图2所示为用于无线局域网（WLAN）的双层电磁带隙（EBG）编织材料天线的几何结构。由于设计中没用使用金属过孔，因此这种结构也可以被称为介质加载的贴片。它具有6×6EBG矩阵的嵌入式贴片，厚度为4mm的第一层介质顶

5、部无通孔。每块嵌入式贴片边长为26mm，间距为2mm。嵌入式贴片顶部是另外一层厚图1系统概念图贴片馈电一般来说，可穿戴式系统没有平展型天线表面[3]。编织因此，天线即使被频繁弯曲也应当具有必需的功能，而材料编织材料天线就具有这种属性，所以这种新概念的可穿戴式柔性天线就应运而生。本文将讨论天线弯曲对电路和辐射参数的影响。电路参数包括输入匹配和阻抗带宽的波动。弯曲对辐射参数的影响将集中于辐射方EBG贴片地板向图的畸变以及增益和辐射效率的变化。本文提出并图2可穿戴式EBG天线的几何结构度为4mm的介质层

6、，主辐射贴片在这一层的顶部。天线的介质材料是传统的毯织物，其介电常数为1.1。前面提到的常规贴片天线与该天线具有相同的结构，只是拆除了嵌入式EBG贴片和增大了主辐射贴片的尺寸。天线馈电采用同轴SMA连接器，馈电探针并不与嵌入式贴片表面接触。馈电点偏离顶部辐射贴片边缘4mm以便实现良好匹配。然而，在实际应用中，SMA连接器可替换为更合适的连接线，比如微带线。导电部分，即嵌入式贴片、辐射贴片和接地板都是由铜箔制作。图3是天线测式样品照片。在有EGB和无EBG贴片的情况下，主贴片大小分别为44mm×38mm

7、和52mm×46mm。这意味着由于EBG结构隐藏在衣服里，EBG天线的面积不到常规贴片天线面积的70%。另外，我们还可以看到这种嵌入式贴片结构可以被认为是人造编织材料。在这个实例中，其等效介电常数为1.4，如图4所示。很显然，在这种背景下，“嵌入式贴片”这一术语比“电磁带隙（EBG结构）”更为适合，但在目前文献中这些定义有时可互换使用。测试装置如图5所示，包括两个直径分别为70mm和150mm的圆柱。其大小正好是人体（如胳膊，腿，肩膀）的典型尺寸。天线沿着xz和yz两个主平面（分别为图3所测的EBG天

8、线样品照片平展情况频率（GHz）图5暗室中天线弯曲效应的测试装置平展情况频率（GHz）图7弯曲EBG天线的S11测试结果图6弯曲贴片天线的S11测试结果图4EBG天线和常规编织材料贴片天线的谐振频率比较（FDTD仿真结果）E面和H面）曲绕着圆柱体。图2给出了坐标系统。图6和图7分别给出了常规贴片天线和EBG天线在弯曲情况下的测试结果。无EBG结构嵌入EBG结构介电常数1.4的材料频率（GHz）表1给出了图6和图7所示的根据因天线弯曲而产生的谐振频率和