《電子技術(shù)應(yīng)用》
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單頻段體表/體外雙模式可穿戴天線設(shè)計(jì)*
電子技術(shù)應(yīng)用 2023年9月
沈飄飄1，肖如奇1，劉巾軍2，楊國1，齊世山1
（1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210094； 2.陸軍裝備部駐南京地區(qū)第四軍事代表室，江蘇 南京 210007）
摘要： 設(shè)計(jì)了一款5.5 GHz頻段基于超表面的寬帶方向圖分集天線，可應(yīng)用于單頻段體表/體外雙通信模式。通過對超表面天線進(jìn)行特征模分析，選擇合適的定向和全向特征模式，修正超表面結(jié)構(gòu)，抑制高次模，設(shè)計(jì)合適的饋電結(jié)構(gòu)將其激勵(lì)出來。最后仿真和測試的結(jié)果表明，端口1具有全向輻射特性，可用于體表通信模式；端口2具有定向輻射特性，可用于體外通信模式。天線兩種模式的工作帶寬為23.6%（4.98 GHz~6.25 GHz），帶內(nèi)隔離度高于30 dB。
中圖分類號(hào)：TN82 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234002
中文引用格式： 沈飄飄，肖如奇，劉巾軍，等. 單頻段體表/體外雙模式可穿戴天線設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(9)：14-20.
英文引用格式： Shen Piaopiao，Xiao Ruqi，Liu Jinjun，et al. Design of single band on-/off-body dual-mode wearable antenna[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(9)：14-20.
Design of single band on-/off-body dual-mode wearable antenna
Shen Piaopiao1，Xiao Ruqi1，Liu Jinjun2，Yang Guo1，Qi Shishan1
(1.School of Electronic and Optical Engineering， Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China； 2.Representative Office in Nanjing District of PLA Army Equipment Department，Nanjing 210007，China)
Abstract： A 5.5 GHz band wideband directional pattern diversity antenna based on metasurface is designed, which can be used in single band on-/off-body dual communication mode. By analyzing the characteristic mode of the metasurface antenna, the appropriate directional and omnidirectional characteristic mode is selected, the metasurface structure is modified,the higher-order mode is suppressed, and a suitable feed structure is designed to excite it. Finally, the simulation and test results show that port 1 has omnidirectional radiation characteristics and can be used in on-body communication mode, and port 2 has directional radiation characteristics and can be used in off-body communication mode. The working bandwidth of the two modes of the antenna is 23.6% (4.98 GHz~6.25 GHz), and the in-band isolation is higher than 30 dB.
Key words : wearable antenna；characteristic mode analysis；metasurface；on-body communication；off-body communication

0　引言

隨著無線體域網(wǎng)的快速發(fā)展，對可穿戴天線結(jié)構(gòu)和性能的要求越來越高，如何有效地實(shí)現(xiàn)體外通信和體表通信間信息的無縫傳輸至關(guān)重要，因此體表/體外雙模式天線成為近年的研究熱點(diǎn)。方向圖分集天線采用多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)[1-4]，使得天線在單頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)定向方向圖和全向方向圖的分集，可用于實(shí)現(xiàn)體表/體外雙模式可穿戴天線的設(shè)計(jì)。

方向圖分集天線的設(shè)計(jì)方法主要有兩種：第一種是選擇性激勵(lì)堆疊或水平并置的不同輻射器，產(chǎn)生不同的輻射方向圖，以實(shí)現(xiàn)方向圖分集[5-9];第二種是通過設(shè)計(jì)功分移相網(wǎng)絡(luò)，選擇性激勵(lì)同一輻射器的不同模式，來實(shí)現(xiàn)輻射方向圖的多樣性[10-19]。

本文通過設(shè)計(jì)功分移相網(wǎng)絡(luò)，選擇性激勵(lì)超表面結(jié)構(gòu)本身具有的兩個(gè)模式，設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于5.5 GHz頻段體表/體外雙通信模式的可穿戴天線。首先，利用特征模理論[20-21]分析超表面結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了具有定向輻射和全向輻射的兩個(gè)特征模式，它們在感興趣的頻段內(nèi)緊密間隔;然后修正超表面結(jié)構(gòu)，選擇L型探針去激勵(lì)超表面的兩個(gè)模式;最后，設(shè)計(jì)合適的饋電結(jié)構(gòu)，用于選擇性地激發(fā)兩種模式以實(shí)現(xiàn)全向方向圖和定向方向圖之間的分集。最終設(shè)計(jì)了一款5.5 GHz頻段的基于超表面的寬帶方向圖分集天線，可應(yīng)用于單頻段體表/體外雙通信模式。



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作者信息：

沈飄飄1，肖如奇1，劉巾軍2，楊國1，齊世山1

（1.南京理工大學(xué) 電子工程與光電技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210094；2.陸軍裝備部駐南京地區(qū)第四軍事代表室，江蘇 南京 210007）

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