探究穿戴系统中的天线设计

引言     随着科技的不断发展，计算机的更新换代周期越来越短。不仅笔记本已经逐渐走入了很多人的生活，很多人还用上了更小的掌上电脑。计算机体积的不断缩小，穿戴式计算机得到了迅速发展，以计算机为核心的穿戴系统初现端倪，并展示了强劲的发展势头，一个典型的穿戴系统的构成如图1所示。图中长距离无线通信通常是指手机等移动通信设备，而短距离无线通信一般包括WLAN或蓝牙等设备，类似GPS的卫星定位设备也是系统的重要组成部分，其他都为计算机的固有设备。这些设备组合在一起，由计算机协调工作，通过显示器或耳机等终端设备向使用者提供所需的信息。 　　当前，构成穿戴系统的各个设备的体积和重量都越来越小，但还不能完 探究穿戴系统中的天线设计是现代科技领域的一个重要议题，特别是在穿戴式计算机和物联网设备日益普及的今天。随着计算机技术的飞速发展，设备体积不断缩小，穿戴式系统逐渐崭露头角，其中包括手机、WLAN、蓝牙以及GPS等设备。这些设备需要高效的天线系统来确保无线通信的质量和可靠性。 天线设计对于穿戴系统至关重要，因为它们需要适应设备的小型化趋势，同时还要保持良好的性能。传统天线可能不适合穿戴式应用，因此需要创新设计。例如，平面倒F型天线（PIFA）因其平面结构、易于制造、尺寸小巧和低剖面特性而备受青睐。PIFA天线由单极子天线演化而来，通过将导体延伸成平面并改变馈电点位置，以适应更低的天线高度和更紧凑的空间要求。 在设计穿戴式天线时，需要考虑几个关键因素。天线需要有大的接地板以减小人体对天线性能的影响，同时减弱背向辐射，降低对人体的电磁波吸收。采用侧面微带馈电方式可以进一步压缩天线的高度，使之更适合穿戴。再者，调整馈电点位置可以优化阻抗匹配，确保天线在目标频段内的良好工作状态。为了实现双频工作，可以在天线上刻蚀U型缝隙，创造出新的谐振部分，使天线能够同时在两个不同的频段内谐振。 实际设计过程中，通常会使用微波仿真软件，如CST，来辅助确定天线的尺寸和结构。例如，一个设计用于GSM 900 MHz和WLAN 2.45 GHz频段的PIFA天线，其具体尺寸可能会包括L1、W1、L2、W2、a、b、s、H和h等参数。完成设计后，会通过测量天线的回波损失曲线和辐射方向性图来验证其性能。 仿真和测量结果表明，所设计的天线能够在目标频段内实现良好的回波损失和辐射特性，满足穿戴系统的需求。然而，实际应用中还需要考虑天线与人体交互的复杂性，以及在不同环境和运动状态下天线性能的变化。因此，天线设计不仅要关注理论上的优化，还要结合实际使用场景进行测试和调整，以确保在各种条件下都能稳定工作。 穿戴系统中的天线设计是一项融合了电磁学、材料科学和工程实践的综合性任务。随着穿戴技术的不断发展，对天线小型化、智能化和高效能的需求将更加突出，这将进一步推动天线设计的创新。