无线体域网（wban）中超宽带及可穿戴天线的研究

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1、分类号：TN82密级：公开研究生学位论文无线体域网(WBAN)中超宽带及可穿戴天线的论文题目（中文）研究StudyofUltraWidebandandWearable论文题目（外文）AntennainWirelessBodyAreaNetwork(WBAN)研究生姓名高国平学科、专业物理学·无线电物理研究方向天线理论与设计学位级别博士导师姓名、职称胡斌教授论文工作起止年月2014年9月至2016年5月论文提交日期2016年5月论文答辩日期2016年5月学位授予日期2016年6月校址：甘肃省兰州市原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的学位论文，是在导师的指

2、导下独立进行研究所取得的成果。学位论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：关于学位论文使用授权的声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属兰州大学。本人完全了解兰州大学有关保存、使用学位论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权兰州大学可以将本学位论

3、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为兰州大学。本学位论文研究内容：□可以公开□不宜公开，已在学位办公室办理保密申请，解密后适用本授权书。（请在以上选项内选择其中一项打“√”）论文作者签名：导师签名：日期：日期：无线体域网（WBAN）中超宽带及可穿戴天线的研究中文摘要无线体域网是以人体为中心的无线网络，在军事和医疗等方面有着广泛的应用前景。超宽带技术由于可以与现有的频谱资源共享频带而得到了广泛的应用，是实现无线体域网的最佳候

4、选技术之一，而其中超宽带天线的设计也对传统的天线设计理论提出了新的挑战。在人体身上佩戴可穿戴天线进行无线数据传输，更能满足无线体域网的需要。本文主要研究用于无线体域网的超宽带天线和可穿戴天线，结合等效电路、传输函数和时域波形来分析超宽带天线的性能；在可穿戴天线中加载电磁带隙结构以减小天线对人体的电磁辐射，研究可穿戴天线在弯折和靠近人体时的特性。本文的主要研究内容和成果如下：1．研究并设计了三款超宽带天线根据电流分布对称切割和缩比原理，得到一种小型化的圆形缝隙超宽带天线，天线的体积缩小到原结构的0.125倍。实测的天线系统传输函数，其幅度在5.5-10.

5、6GHz频率范围内比较平坦，相位近似线性，天线在xz平面内的波形保真度大于0.9750，有利于脉冲信号的传输。根据微波传输线理论，对一种基于半波长开路谐振器的单阻带超宽带天线进行分析，提出了一种基于四分之一波长短路谐振器的单阻带超宽带天线。天线在保持辐射特性几乎不变的情况下，提高了阻带内的电压驻波比值，减小了阻带内的增益值，该天线具有更好的滤波效果。通过在辐射单元和地面上开槽的方法，提出了一种双阻带U形单极子超宽带天线。根据表面电流的分布，在传输线理论分析中分别以并联终端开路传输线和串联终端短路传输线来分析3.5GHz和5.5GHz的阻带特性。由RLC

6、谐振网络组成的等效电路与天线输入阻抗得到的结果一致，验证了等效电路的正确性。2．研究并设计了两款电磁带隙结构在分析矩形贴片电磁带隙结构的基础上，通过金属层内部挖孔的方法实现了小型化，得到一种矩形环状单频电磁带隙结构，该结构具有制作方便的特点，适合可穿戴应用场合。在此基础上又设计了一种矩形环状双频电磁带隙结构，通过选择合理的参数可以实现各自频段的参数调节，同时对另一个工作频段的性能影响很小。通过分析表面电流分布和反射相位曲线，对这两种电磁带隙结构的参数做了优化，用悬置微带线法测量的结果也满足设计要求。I3．研究并设计了两款可穿戴天线在分析超宽带圆形缝隙天

7、线的基础上，提出了一种用于2.4GHzWLAN频段的可穿戴圆形缝隙天线，为了减小天线对人体的电磁辐射，在天线结构中加载矩形环状单频电磁带隙结构后，计算的SAR值减小到1g标准的0.554W/kg和10g标准的0.23W/kg，满足美国和欧洲所用的标准。可穿戴圆形缝隙天线的优点是其具有较宽的带宽，在天线弯折时比较容易覆盖所需要的频带；其缺点是谐振频率随着天线的弯折会移动，稳定性较差。提出了一种用于2.4GHz/5.8GHzWLAN双频段的可穿戴平面倒F形天线，天线的两个工作频段可通过调节两个谐振单元的长度实现，而彼此之间影响很小。加载电磁带隙结构后，天线

8、的方向图出现了单向辐射特性；工作频段内天线的增益有所增加；天线对人体的电磁辐射也满足要求。可穿