本實(shí)用新型涉及通訊
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別地，涉及一種用于盲人行走防撞的鞋帶天線。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中，常見的無(wú)線系統(tǒng)包括雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等，其天線通常是金屬材質(zhì)，或金屬與固體介質(zhì)的混合結(jié)構(gòu)。在可穿戴領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外近年來相關(guān)天線實(shí)現(xiàn)途徑主要包括以下幾方面：一、含銀納米線的小型化平面天線，首先使用模板將銀納米線排列為特定的圖案，然后鋪上一層液體聚合物，待聚合物凝固后，形成包含預(yù)期圖案的彈性材料，該圖案材料能構(gòu)成帶貼片天線的輻射組件，通過調(diào)整其形狀，控制天線工作頻率。二、金屬鈕扣或金屬皮帶扣天線，尺寸小，具有一定的輻射能力，對(duì)于波長(zhǎng)較長(zhǎng)、頻率較高的系統(tǒng)，其電尺寸才有優(yōu)勢(shì)。三、布藝材料的標(biāo)志天線，近年來有論文研究箱包、衣服上的標(biāo)志(logo)作為天線進(jìn)行可穿戴系統(tǒng)輻射和接收工具，比如韓國(guó)2015年發(fā)表的路易威登LV形狀的天線，使用具有一定導(dǎo)電性的材料替代原始布藝材料，保持商標(biāo)形狀和尺寸不變。還有人研究使用蘋果(AppleInc.)公司帶缺口的蘋果形狀設(shè)計(jì)天線，應(yīng)用纖維質(zhì)材料制作實(shí)現(xiàn)，也獲得了一定的輻射和接收能力。四、金屬材料的變形振子天線、環(huán)天線等，尺寸很小，集成系統(tǒng)中，跟目前主流的手機(jī)天線類似，通常比手機(jī)天線更小。五、微帶天線、金屬平面分形天線等，應(yīng)用彎折、自相似等原理和方法，盡量壓縮微帶基板厚度，減小天線尺寸和重量。在運(yùn)動(dòng)鞋的信息化方面，近年來出現(xiàn)和正在研究的相關(guān)技術(shù)包括：一、耐克(Nike)公司的自動(dòng)系鞋帶功能，安裝運(yùn)動(dòng)感知傳感器、自動(dòng)控制系統(tǒng)，輔助用戶使用。二、李寧(LiNing)公司與小米公司合作，開發(fā)鞋底嵌入式芯片和小型微型電子系統(tǒng)。三、阿迪達(dá)斯(Adidas)等公司在鞋底植入芯片，監(jiān)測(cè)用戶每日運(yùn)動(dòng)情況。在盲人行走導(dǎo)航領(lǐng)域，近年來出現(xiàn)的技術(shù)手段和工具主要包括：一、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的路線導(dǎo)航，依托谷歌地圖(GoogleMap)，以語(yǔ)音或震動(dòng)傳感器的方式對(duì)用戶進(jìn)行提醒。二、基于攝像系統(tǒng)的圖像識(shí)別導(dǎo)航，在盲人的手杖上或手臂上安裝攝像頭，識(shí)別障礙物和紅綠燈。三、基于超聲波系統(tǒng)的行進(jìn)導(dǎo)航，以超聲波系統(tǒng)探測(cè)障礙物并提醒用戶。現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用的天線均存在不足，具體情況如下：一、布料織物天線的不足，主要是由于其導(dǎo)電性弱，導(dǎo)致輻射能力弱，輻射增益低，總體效率不高，能量損失較大；變形振子天線和環(huán)天線，以及鈕扣天線和皮帶扣天線等，有個(gè)共同特點(diǎn)是物理尺寸小，電尺寸受限，輻射方向性較弱，輻射和接收無(wú)線電能量不夠集中；微帶天線、分形天線等，相對(duì)于用戶需求來說，體積仍然不夠小，安裝亦不是特別方便，因其為外設(shè)突出結(jié)構(gòu)，固定的牢靠性和體積占用不可避免。二、運(yùn)動(dòng)服飾廠商目前開發(fā)的信息化系統(tǒng)，都沒有提供微波探測(cè)功能。三、基于地圖的盲人導(dǎo)航不能探測(cè)路上的普通障礙物；基于攝像頭的導(dǎo)航功能仍未充分測(cè)試，成像識(shí)別率和識(shí)別速度等方面尚需改進(jìn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型目的在于提供一種用于盲人行走防撞的鞋帶天線，以解決導(dǎo)電性弱、導(dǎo)致輻射能力不強(qiáng)、輻射增益低、能量損失較大、物理尺寸小、電尺寸受限等技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種用于盲人行走防撞的鞋帶天線，包括系于鞋上的鞋帶1與饋電端2，所述鞋帶1植入有金屬絲。所述饋電端2包括同軸接頭21、微波介質(zhì)基板23和金屬地24，所述微波介質(zhì)基板23位于金屬地24上方，所述同軸接頭21貫穿微波介質(zhì)基板23和金屬地24設(shè)置。所述同軸接頭21包括與鞋帶1連接的探針22。優(yōu)選的，所述鞋帶1內(nèi)金屬絲為鐵絲，所述鐵絲半徑為0.3mm。優(yōu)選的，所述鞋帶1采用十字交叉結(jié)系于鞋孔，并于遠(yuǎn)離鞋尖一行通過蝴蝶結(jié)鎖緊。優(yōu)選的，所述微波介質(zhì)基板23材質(zhì)為FR-4，介電常數(shù)為4.3，所述微波介質(zhì)基板23和金屬地24為邊長(zhǎng)等于20mm的正方形。優(yōu)選的，所述探針22長(zhǎng)度為4.435mm，直徑為1.2mm。優(yōu)選的，所述微波介質(zhì)基板23厚度為1.6mm，金屬地24厚度為0.035mm。優(yōu)選的，所述同軸接頭21直徑為4mm。優(yōu)選的，所述鞋帶1與水平面平行的第一、二、三、四、五行長(zhǎng)度分別為32mm、38mm、44mm、50mm、56mm，所述鞋帶1行間距離為22mm，所述蝴蝶結(jié)兩端最長(zhǎng)距離為78mm。優(yōu)選的，所述饋電端2位于蝴蝶結(jié)下方、后方、上方、最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)下方或最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)上方的至少一處。本實(shí)用新型具有以下有益效果：本實(shí)用新型的一種用于盲人行走防撞的鞋帶天線，包括系于鞋上的鞋帶與饋電端，所述鞋帶植入有金屬絲，具體實(shí)施時(shí)，亦可通過對(duì)鞋帶進(jìn)行金屬化或伴隨串繞金屬細(xì)線等方式實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性。所述饋電端包括同軸接頭、微波介質(zhì)基板和金屬地，所述微波介質(zhì)基板位于金屬地上方，所述同軸接頭貫穿微波介質(zhì)基板和金屬地設(shè)置；所述同軸接頭包括與鞋帶連接的探針，饋電通過所述探針實(shí)現(xiàn)；采用設(shè)有金屬絲的鞋帶作為輻射體，具有一定的電磁輻射能力和方向圖特性，既具有無(wú)需單獨(dú)安裝、攜帶方便的效果，又能實(shí)現(xiàn)電磁能量在空中的分布(作為發(fā)射天線用)或具備從空中某區(qū)域捕獲電磁信號(hào)和能量的功能(作為接收天線用)，實(shí)用性強(qiáng)。本實(shí)用新型的一種用于盲人行走防撞的鞋帶天線安裝方便，電長(zhǎng)度可變，結(jié)構(gòu)牢靠，價(jià)格低，重量輕，體積小，減輕用戶使用負(fù)擔(dān)，應(yīng)用于盲人行走過程中的防撞探測(cè)；預(yù)期可作為一種較為通用的工具，推廣應(yīng)用于無(wú)線導(dǎo)航與定位、空間電磁能量收集和充電、人體中心網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字多媒體、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市、智能家居、運(yùn)動(dòng)及醫(yī)學(xué)和健康數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)傳輸?shù)榷喾N領(lǐng)域，前景廣闊。本實(shí)用新型中所述饋電端還包括微帶介質(zhì)基板，所述同軸接頭垂直貫穿所述微帶介質(zhì)基板設(shè)置。該微帶介質(zhì)基板用于進(jìn)行輔助饋電；在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該微帶介質(zhì)基板可以減小尺寸或放大尺寸或取消此部件，微帶介質(zhì)基板主要影響天線的前后輻射能力之比以及最大增益的具體數(shù)值，但不會(huì)引起技術(shù)指標(biāo)和性能的嚴(yán)重降低。本實(shí)用新型中所述饋電端位于蝴蝶結(jié)下方、后方、上方、最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)下方或最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)上方的至少一處，位置差別主要影響阻抗匹配性能和工作頻率的高低，可滿足不同的需求。本實(shí)用新型中鞋帶天線可實(shí)現(xiàn)對(duì)鞋子周圍的前上方空間進(jìn)行覆蓋，鞋帶處于松弛、中等、系緊狀態(tài)對(duì)天線阻抗匹配特性存在輕微的影響，主要影響反射系數(shù)的具體數(shù)值，而不會(huì)引起工作頻率漂移，天線的輻射方向性與鞋帶松緊程度相關(guān)。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖說明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的用于盲人行走防撞的鞋帶天線局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的用于盲人行走防撞的鞋帶天線饋電端側(cè)視圖；圖3是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的用于盲人行走防撞的鞋帶天線饋電端俯視圖；圖4是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的饋電端位于蝴蝶結(jié)的下方、后方及最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)下方位置的反射系數(shù)曲線圖；圖5是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的鞋帶處于松弛、中等、系緊狀態(tài)下的垂直極化輻射方向圖；圖6是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的鞋帶處于松弛、中等、系緊狀態(tài)下的水平極化輻射方向圖；圖7是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的鞋帶處于松弛、中等、系緊狀態(tài)下最大輻射方向切面的方向圖；圖8是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的鞋帶天線實(shí)測(cè)和仿真的反射系數(shù)對(duì)比；圖9是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例的鞋帶天線輻射方向圖的仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(垂直極化，2.43GHz)。圖中：1、鞋帶，2、饋電端，21、同軸接頭，22、探針，23、微波介質(zhì)基板，24、金屬地。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。實(shí)施例1本實(shí)施例選用NikeAirHuaracheRun819685系列跑步鞋，鞋底外輪廓長(zhǎng)度31.5cm，鞋身兩側(cè)分別設(shè)有兩排用于系緊鞋帶且同側(cè)水平距離為9mm的鞋孔。參見圖1、圖2和圖3，一種用于盲人行走防撞的鞋帶天線，包括系于鞋上的鞋帶1與饋電端2，所述鞋帶1植入有金屬絲。所述饋電端2包括同軸接頭21、微波介質(zhì)基板23和金屬地24，所述微波介質(zhì)基板23位于金屬地24上方，所述同軸接頭21貫穿微波介質(zhì)基板23和金屬地24設(shè)置；所述同軸接頭21包括與鞋帶1連接的探針22，饋電通過所述探針22實(shí)現(xiàn)。所述鞋帶1內(nèi)金屬絲為鐵絲，所述鐵絲半徑為0.1～3mm；所述鞋帶1采用十字交叉結(jié)系于鞋孔，并于遠(yuǎn)離鞋尖一行通過蝴蝶結(jié)鎖緊。所述微波介質(zhì)基板23材質(zhì)為FR-4(環(huán)氧玻璃纖維板)，介電常數(shù)為4.3，所述微波介質(zhì)基板23和金屬地24為邊長(zhǎng)等于20mm的正方形。所述探針22長(zhǎng)度為4.435mm，直徑為1.2mm；所述微波介質(zhì)基板23厚度為1.6mm，金屬地24厚度為0.035mm。所述同軸接頭21直徑為4mm。所述鞋帶1與水平面平行的第一、二、三、四、五行長(zhǎng)度分別為32mm、38mm、44mm、50mm、56mm，所述鞋帶1行間距離為22mm，所述蝴蝶結(jié)兩端最長(zhǎng)距離為78mm。所述饋電端2位于蝴蝶結(jié)下方、后方、上方、最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)下方或最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)上方的至少一處。鞋帶內(nèi)植入金屬絲(金屬絲半徑為0.1～3mm)或?qū)⑿瑤Ы饘倩色@得有效的天線阻抗匹配性和輻射性能；為了實(shí)現(xiàn)更好的輻射指向，即波束主瓣指向行走方向的前上方，應(yīng)將金屬化鞋帶的交叉點(diǎn)進(jìn)行絕緣，但蝴蝶結(jié)處無(wú)需進(jìn)行絕緣處理。針對(duì)本實(shí)施例的用于盲人行走防撞的鞋帶天線，在微波暗室進(jìn)行天線反射系數(shù)、輻射方向圖等測(cè)試，使用安立Anritsu公司37369A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，配合超寬帶加脊喇叭天線(1-12GHz)和水平單軸轉(zhuǎn)臺(tái)，完成電壓駐波比、方向圖等技術(shù)指標(biāo)測(cè)試，分別獲得水平和垂直極化方向性數(shù)據(jù)。加脊喇叭天線作為發(fā)射端，鞋帶天線放置于轉(zhuǎn)臺(tái)上，作為接收端，兩天線距離5m，高度一致，發(fā)射信號(hào)并讀取矢網(wǎng)的S參數(shù)，測(cè)試帶寬為40MHz-3.0GHz，情況如下：圖4為饋電端位于蝴蝶結(jié)的下方、后方及最靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)下方位置的反射系數(shù)曲線圖；圖5為鞋帶處于松弛、中等、系緊狀態(tài)下的垂直極化輻射方向圖；圖6為鞋帶處于松弛、中等、系緊狀態(tài)下的水平極化輻射方向圖；圖7為鞋帶處于松弛、中等、系緊狀態(tài)下沿各自最大輻射方向切面，其極坐標(biāo)輻射方向圖(松弛、中等和系緊狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)122度、155度和176度)；圖8為鞋帶天線實(shí)測(cè)和仿真的反射系數(shù)對(duì)比；圖9為鞋帶天線輻射方向圖的仿真結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(垂直極化，2.43GHz)。從圖4～圖9可看出，天線反射系數(shù)和水平、垂直極化方向圖(三維方向圖和二維極坐標(biāo)方向圖均吻合很好，此處只圖示二維極坐標(biāo)方向圖)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真計(jì)算結(jié)果吻合較好，驗(yàn)證了拉鏈天線的有效性。在阻抗匹配特性方面，通常要求反射系數(shù)不超過-10dB，當(dāng)饋電端位于靠近蝴蝶結(jié)的交叉點(diǎn)下方位置時(shí)諧振點(diǎn)唯一，處于2.45GHz，是工業(yè)、科研、醫(yī)療領(lǐng)域可以自由使用的ISM(IndustrialScientificMedical)頻段；當(dāng)饋電點(diǎn)位于蝴蝶結(jié)后方時(shí)，有多個(gè)諧振點(diǎn)和工作帶。此款鞋子鞋身左右兩側(cè)均有兩排孔洞，考慮到用戶實(shí)際情況，當(dāng)鞋帶系緊鞋子外側(cè)孔洞時(shí)(與水平面平行的每一行長(zhǎng)度較長(zhǎng))，鞋帶處于松弛狀態(tài)；當(dāng)鞋帶系于內(nèi)側(cè)孔洞不特殊系緊時(shí)，鞋子處于中等狀態(tài)；當(dāng)鞋帶系于內(nèi)側(cè)孔洞(與水平面平行的每一行長(zhǎng)度較短)，處于扎緊狀態(tài)；在天線方向圖和增益特性方面，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，輻射的最大方向、波束主瓣寬度、副瓣高度等參數(shù)均有較大變化；表1給出了上述三種不同狀態(tài)下，鞋帶天線波束主瓣寬度和增益的數(shù)值。表1鞋帶不同狀態(tài)下天線主瓣寬度和增益(垂直極化)鞋帶狀態(tài)主瓣寬度(°)增益(dBi)松弛12210.96中等1559.71系緊1768.59松弛、中等和系緊狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)122度、155度和176度，表2給出了最大輻射方向切面的波束寬度和增益數(shù)據(jù)。表2鞋帶不同狀態(tài)下天線最大輻射方向的3分貝寬度和增益鞋帶狀態(tài)3分貝寬度(°)增益(dBi)松弛25.59.07中等39.06.52系緊36.19.50以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3