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智能互联和万物互联技术研究不断深入,其应用不断扩展,不仅将对工农业发展、国防建设等产生越来越大的影响,对日常生活的影响也开始逐步增强。其中,以人为中心的体域网是未来通信的重要组成部分,在民用和军用方面日益得到重视。体域网设备必须具有小型化、便携、可穿戴等特点。因此,可穿戴天线是体域网的重要内容之一。
另外一方面,许多电子设备需要工作在多个频段上且动态可变,尤其是军事电子装备为如雷达、通信等,其天线不仅需要具有多频段动态可调能力,往往还要求具有隐身能力。液体天线不仅具有独特的可重构性、低雷达散射截面的隐身特性,而且具有柔性、透明性、低成本等特点,可有效满足天线可重构以及隐蔽性要求,因而具有重要军事应用价值。
本文紧紧围绕可穿戴天线和液体天线开展了理论分析、仿真计算等研究,设计了多型天线并进行了测试,主要工作和创新点如下。
1、提出了基于衣物的可穿戴天线设计方法,解决了可穿戴天线与衣物间的不共体问题。通过对衣物已有结构进行改进,设计了两种体域网的可穿戴拉链天线,实现了可穿戴天线与衣物的完美结合。第一种拉链天线是通过分析衣服外套上的金属拉链构成与使用特点,设计适当馈电电路与结构并对拉链进行改造而成。第二种拉链天线则是利用手提包金属拉链设计而成。研究表明,通过改变馈电位置拉链天线可调谐工作于不同的频段;控制拉链拉开程度可以获得具有一定灵活性的辐射方向特性和增益。此拉链类天线成本非常低,不需要人身上额外的安装空间,而且结构牢固。
2、提出了基于在体功能件的可穿戴天线概念与设计方法,利用手表表带、眼镜框以及鞋带等设计了三种可穿戴天线。对于表带天线,研究了的表带宽度、形状、馈电位置等参数对天线性能影响,以及手臂、手腕和手掌等对天线性能的影响;对于眼镜框天线,研究了镜框宽度、镜框形状、馈电位置以及镜片材料等因素的影响;对于鞋带天线,研究了在不同馈电点以及鞋带不同松紧程度对天线辐射特性的影响,并验证了其在盲人行走导航和防撞应用上的可行性。
3、提出了基于非金属液体的腔式液体天线设计方法,解决了液体天线的可调谐问题。设计了包括单一液体不可调和多种液体混合可调的两种腔式液体振子天线,研究了液体分布、馈电位置、探针长度等因素对天线性能的影响。提出了基于两种液体混合的新型液体天线设计方法,通过改变液体的成分实现天线的可重构性,进一步丰富了可重构液体天线的设计思路。
4、提出了通过改变液体注入量实现可重构液体螺旋天线的方法,设计了基于盐水的重构液体螺旋天线,有效解决了导弹躯体天线和导引头天线的低散射和可重构性问题。研究了探针、盐水浓度等参数对天线性能的影响,并通过仿真计算和实测验证了这两种液体螺旋天线的可重构性。
另外一方面,许多电子设备需要工作在多个频段上且动态可变,尤其是军事电子装备为如雷达、通信等,其天线不仅需要具有多频段动态可调能力,往往还要求具有隐身能力。液体天线不仅具有独特的可重构性、低雷达散射截面的隐身特性,而且具有柔性、透明性、低成本等特点,可有效满足天线可重构以及隐蔽性要求,因而具有重要军事应用价值。
本文紧紧围绕可穿戴天线和液体天线开展了理论分析、仿真计算等研究,设计了多型天线并进行了测试,主要工作和创新点如下。
1、提出了基于衣物的可穿戴天线设计方法,解决了可穿戴天线与衣物间的不共体问题。通过对衣物已有结构进行改进,设计了两种体域网的可穿戴拉链天线,实现了可穿戴天线与衣物的完美结合。第一种拉链天线是通过分析衣服外套上的金属拉链构成与使用特点,设计适当馈电电路与结构并对拉链进行改造而成。第二种拉链天线则是利用手提包金属拉链设计而成。研究表明,通过改变馈电位置拉链天线可调谐工作于不同的频段;控制拉链拉开程度可以获得具有一定灵活性的辐射方向特性和增益。此拉链类天线成本非常低,不需要人身上额外的安装空间,而且结构牢固。
2、提出了基于在体功能件的可穿戴天线概念与设计方法,利用手表表带、眼镜框以及鞋带等设计了三种可穿戴天线。对于表带天线,研究了的表带宽度、形状、馈电位置等参数对天线性能影响,以及手臂、手腕和手掌等对天线性能的影响;对于眼镜框天线,研究了镜框宽度、镜框形状、馈电位置以及镜片材料等因素的影响;对于鞋带天线,研究了在不同馈电点以及鞋带不同松紧程度对天线辐射特性的影响,并验证了其在盲人行走导航和防撞应用上的可行性。
3、提出了基于非金属液体的腔式液体天线设计方法,解决了液体天线的可调谐问题。设计了包括单一液体不可调和多种液体混合可调的两种腔式液体振子天线,研究了液体分布、馈电位置、探针长度等因素对天线性能的影响。提出了基于两种液体混合的新型液体天线设计方法,通过改变液体的成分实现天线的可重构性,进一步丰富了可重构液体天线的设计思路。
4、提出了通过改变液体注入量实现可重构液体螺旋天线的方法,设计了基于盐水的重构液体螺旋天线,有效解决了导弹躯体天线和导引头天线的低散射和可重构性问题。研究了探针、盐水浓度等参数对天线性能的影响,并通过仿真计算和实测验证了这两种液体螺旋天线的可重构性。