可穿戴技術(shù)通常被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的最大應(yīng)用之一。智能電子的這一分支是新興物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的縮影。如今，智能手表是最常見(jiàn)的可穿戴設(shè)備之一。通常，藍(lán)牙協(xié)議用于保護(hù)智能手表與其他設(shè)備之間的連接。在本文中，智能手表的藍(lán)牙天線(xiàn)是使用 SOLIDWORKS 設(shè)計(jì)的，并使用全波模擬器 HFWorks 進(jìn)行仿真。

將演示扁平和彎曲藍(lán)牙天線(xiàn)的兩種配置，以比較兩種情況下的電磁行為。HFWorks 的天線(xiàn)分析用于模擬這些天線(xiàn)。

扁平藍(lán)牙天線(xiàn)

設(shè)計(jì)與仿真

圖 1 顯示了平面藍(lán)牙天線(xiàn)結(jié)構(gòu)的配置。該天線(xiàn)的整體尺寸為 ，工作頻率為 2.45GHz。該天線(xiàn)使用阻抗為 50 歐姆的微帶線(xiàn)激勵(lì)。使用的材料是FR4，相對(duì)介電常數(shù)為4.5，金屬被認(rèn)為是完美的電導(dǎo)體（PEC）。

圖 1 - 平面天線(xiàn)的正視圖和底視圖。

結(jié)果

圖 2 顯示了使用 HFWorks 通過(guò)快速掃描類(lèi)型模擬的回波損耗 S11。頻率范圍從 2GHz 到 3GHz。如下圖所示，該天線(xiàn)諧振在 2.45 GHz。

圖 2 - 平面天線(xiàn)的回波損耗 S11 （dB）。

電壓駐波比 （VSWR） 如圖 3 所示。在 2.45 GHz 時(shí)，VSWR 小于 1.2

圖 3 - VSWR 的 2D 圖。

圖 4 給出了 XZ、XY 和 YZ 平面在 2.45GHz 處的增益的遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的極坐標(biāo)圖。

圖 4 - XY、YZ 和 XZ 平面中 2.45 GHz 增益的二維圖。

彎曲的藍(lán)牙天線(xiàn)

設(shè)計(jì)與仿真

對(duì)于可穿戴電子產(chǎn)品，研究天線(xiàn)在各種彎曲條件下的性能是非常重要的。SOLIDWORKS 的不同配置將通過(guò)改變彎曲角度來(lái)呈現(xiàn)。圖 5 顯示了彎曲藍(lán)牙天線(xiàn)的幾何形狀。

圖 5 - 彎曲天線(xiàn)的幾何形狀（頂視圖和底視圖）。

使用 SOLIDWORKS 中的多配置功能模擬和比較不同的彎曲角度。表 1 封裝了 HFWorks 處理的配置。

結(jié)果

圖 6 給出了每種配置的模擬回波損耗 S11。顯然，彎曲角度對(duì)天線(xiàn)的諧振頻率有連鎖效應(yīng)。

圖 6 - 每種配置的模擬回波損耗 S11。

彎曲后的共振頻率在2.37GHz左右，超出藍(lán)牙頻段；這意味著彎曲會(huì)影響天線(xiàn)在諧振頻率方面的性能。不同配置的增益模式如圖 7 所示。所有配置的增益模式都保持全向模式，但平面天線(xiàn)的值最高。

圖 7 - 每種配置的增益模式

結(jié)論

用于可穿戴手表的藍(lán)牙天線(xiàn)是由 SOLIDWORKS 和 HFWorks 二人組設(shè)計(jì)和模擬的。由于 SOLIDWORKS 中的多配置功能，為了研究彎曲對(duì)藍(lán)牙天線(xiàn)性能的影響，采用了不同的配置。這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了該天線(xiàn)在諧振頻率和增益方面對(duì)彎曲的敏感性。