2018年第37卷第12期
传感器与微系统（Transducer and MicrosystemTechnologies）
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DOI:10.13873/J.10009787(2018)12004903
一种新型的超宽带圆极化可穿戴天线研究
张楚笛，王黎明
（中北大学信息探测与处理技术研究所，山西太原030051）
摘要：为了监测运动人群的健康，针对具有实时监护功能的可穿戴天线的小型化、宽带和极化等特性高的要求，提出了一种工作于工业科学医疗（ISM)频段5.8GHz的超宽带圆极化可穿戴天线，采用共面波导(CPW)馈电,具有3.6~10.8GHz(124.13%)的阻抗带宽（S,<10dB)和4.8~6.4GHz(29.31%）的轴比（AR）带宽。在模拟的三层人体模型中，通过HFSS仿真得出天线的最大增益为1.624dBi，人体三层组织的比吸收率（SAR）为63.809W/kg，值超过ANSI/IEEEC95.1-1992安全标准的最大SAR值1.6W/kg。在
天线背面加载金属反射板后，得到的最大SAR值为0.375W/kg，最大增益达到3.176dBi。关键词：可穿戴天线；圆极化；阻抗带宽；轴比带宽；比吸收率
中图分类号：TN828.5
文献标识码：A
文章编号：1000-9787(2018）12-0049-03
Research on a novel ultra-widebandcircularlypolarized
wearableantenna* ZHANG Chu-di, WANG Li-ming
( Institute of Signal Capture and Processing,North University of China,Taiyuan 030051,China)
Abstract: In order to monitor health of sports people, aiming at high demand for characteristics such as miniaturization, broadband, polarization of wearable antenna with real-time monitoring functions , propose an ultra wideband circularly polarized wearable antenna operating in the industrial scientific medical ( ISM) band of 5.8 GHz. The antenna is fed by coplanar waveguide ( CPW) and has an impedance bandwidth of 3. 6 GHz to 10. 8 GHz (124. 13 % ) (S. < 10 dB) and 4. 8 GHz 6. 4 GHz (29.31 % ) axial ratio (AR) bandwidth. In the simulated three-layer human body model ,the maximum gain of the antenna is 1. 624 dBi by HFSS simulation, and the specific absorption rate ( SAR) of the three-layer structure of the human body is 63. 809 W/kg. This value exceeds the maximum SAR value of 1. 6 W/kg of the ANSI/IEEEC95. 11992 safety standard. After loading metal reflector on the back of the antenna, the maximum SAR value is 0. 375 W/kg and the maximum gain is 3.176 dBi.
Keywords: wearable antenna ; cireular polarization; impedance bandwidth; axial ratio( AR) bandwidth; specifi absorption rate( SAR)
0引言
现代社会中，运动性猝死在各类运动场所中时有发生，尤其是在长跑、足球以及网球等项目中。而运动性死多是由心脏病等引起。随着人们对健康越来越关注，具备实时监护功能的可穿戴设备成为了研究热点。在这些体育活动中，天线设计是系统中的关键。圆极化天线以其抗干扰能力强、抑制多径效应等优点得到很多研究者的关注(1-4)。基于运动情况下的可穿戴设备对天线阻抗带宽和轴比带宽的要求较高。同时要求天线设计时要有舒适度，能和人体达到很好的匹配。因此，天线必须重量轻、体积小、佩戴方
收稿日期：2018-10-19
*基金项目：国家自然科学基金资助项目（61471325）
便。同时，关注天线的电磁辐射对人体的影响，采取措施将电磁辐射降到最低。
文献[1]提出了一种矩形槽口的共面波导（coplanal waveguide，CPW）超宽带天线，接地板的两个对角上分别有不相等的L形条带线，以此实现天线的圆极化辐射。文献[2]的辐射贴片为带有一定角度的微带线，接地板对角上也加载了两个不相等的L形条带线。文献[3~15]的接地板三个角上都有L形条带线，辐射贴片为几段不同的矩形组合而成。圆极化天线主要的挑战在于AR带宽较窄最近的很多研究也都集中于拓宽AR带宽。如在接地面上