【摘 要】
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5G的到来和物联网的发展前景为穿戴式智能终端提供了新的动力和发展趋势。“万物相连”的理念要求可穿戴设备不局限于手机、手表、耳机等传统形式,应尽可能地集成于人们日常可穿戴物件中。作为此类无线设备的重要组成元件,可穿戴天线也需要具备便携、轻量、穿戴舒适等特性。将可穿戴天线与衣物集成一体化对实现无线体域网（Wireless Body Area Network,WBAN）应用及新型物联网可穿戴设备具有重要
【基金项目】
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广东省科技计划（No.2015B010101006,No.2014A010103014,No.2017xm057）； 国家自然科学基金（No.61372008）；
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5G的到来和物联网的发展前景为穿戴式智能终端提供了新的动力和发展趋势。“万物相连”的理念要求可穿戴设备不局限于手机、手表、耳机等传统形式,应尽可能地集成于人们日常可穿戴物件中。作为此类无线设备的重要组成元件,可穿戴天线也需要具备便携、轻量、穿戴舒适等特性。将可穿戴天线与衣物集成一体化对实现无线体域网（Wireless Body Area Network,WBAN）应用及新型物联网可穿戴设备具有重要意义和价值。本论文由广东省科技计划（No.2015B010101006,No.2014A010103014,No.2017xm057）、国家自然科学基金（No.61372008）等项目资助,围绕柔性织物可穿戴天线设计展开了研究工作,主要有:（1）三频双模式肩章与手环式天线。该设计探究了利用短路枝节实现微带贴片天线额外的TM00全向模式的设计方法,并对其调谐机理进行了分析。在此基础上,针对可穿戴肩章与手环具体穿戴应用场景,将贴片天线组成边射阵,并与一个终端短路微带天线紧凑结合,设计了一个多频多模式的天线,其能够覆盖2.45/5.8 GHz WBAN和3.5GHz Wi MAX三个频段,分别形成双向、定向、定向的线极化辐射。实验结果验证了仿真设计的合理性,通信链路和可穿戴分析表明天线适用于无线体域网应用。可穿戴天线实际工作环境复杂,天线的性能容易受到形变、人体姿势以及各种不确定因素影响,窄带天线在这种场景下可能会发生频偏,使得阻抗带宽不再覆盖所需频段。因此,本文提出了以下两种宽带可穿戴天线。（2）宽带圆极化可穿戴紧耦合阵列天线。针对目前已有的可穿戴圆极化天线大多带宽较窄的问题,探究了利用紧凑贴片阵列间的互耦效应扩展轴比带宽的方法。分析了不同布局下单元间的耦合效应,利用互耦效应产生了新的谐振模式,辅以旋转相位馈电网络,有效地提高了带宽。同时,考虑到传统微带线耦合的馈电方式与人体之间的相互影响较大,设计了一种改进型的带状线馈线,提高了耦合效率并降低了人体对天线的影响。该天线整体尺寸为40 mm×40 mm×4 mm（0.73λ0×0.73λ0×0.07λ0）,实测|S11|＜–10d B带宽为43%（4.25–6.63 GHz）,3-d B轴比带宽为34%（4.71–6.67 GHz）,重叠频率覆盖了5-GHz（5.15–5.825 GHz）频段,且足够大的带宽使得天线在弯曲、形变等情况下,性能保持稳定,提供了很好的鲁棒性。此外,也研究了天线在室内环境的体外通信质量。人体上的可穿戴设备不仅要与体外的通信枢纽、基站通信,人体各部位节点之间也需要信息传递,即体表通信。为此,本文设计了一种能够满足体外通信和体表通信需求的可穿戴天线,并且在两种通信模式下天线都具有宽带特性。（3）双模式宽带超表面可穿戴天线。针对目前已有的双模可穿戴天线带宽窄,尤其是全向辐射模式的带宽难以提高的问题,提出了一种共用超表面辐射体的方向图可切换天线。一方面,该天线利用超表面加载的方法扩展了微带贴片天线的带宽,实现定向辐射;同时,由带状线馈电的一种贴片加载单极子天线与同一超表面结构的全向辐射模式共同作用,扩展了体表模式下的带宽。实验结果表明体外模式和体表模式下的阻抗带宽分别为35.7%（4.6–6.6 GHz）和31%（4.63–6.35 GHz）,端口隔离度大于20 d B。本文将阵列技术和超表面结构应用于可穿戴天线设计,并给出了相应的设计指导,为圆极化和多模式可穿戴天线的实现提供了参考。
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