[实用新型]一种锥形波束宽带缝隙天线阵列及头戴VR设备

说明书

本实用新型公开了一种锥形波束宽带缝隙天线阵列及头戴VR设备，天线阵列包括缝隙辐射阵列、四个T型耦合馈电线、AMC反射面、功分器等，采用单极子与缝隙辐射体相结合的方式实现天线宽频带覆盖效果；采用2×2对称组阵方式的缝隙天线阵列，并使用一分四功分器对缝隙辐射单元的不同位置进行等幅等相馈电，形成类似单极子的锥形波束，在水平面获得全向覆盖；采用人工磁导体AMC反射面，充分利用后瓣辐射在AMC反射面上的同相反射叠加，在不大幅增加天线高度的情况下，增加天线阵列的增益同时降低人头的SAR值，使得天线在人头模型上获得更好的鲁棒性，适用于头戴式VR设备的无线化通信；将具有水平全向覆盖特性的锥形波束天线设置在VR头盔中以期提高通信质量。

技术领域

本实用新型涉及无线移动通信领域的天线研究领域，特别涉及一种锥形波束宽带缝隙天线阵列及头戴VR设备。

背景技术

随着体域网研究的深入以及信息科技的发展，以虚拟现实(Virtual Reality，VR)设备为代表的无线体域网应用给人们的日常娱乐生活带来了全新体验。现阶段的VR设备以头戴式为主，并且大多数产品均是通过有线连接的方式和体外主机进行通信。这种有线化的设备连接方式不利于人们使用VR设备的体验，当人们穿戴上VR设备沉浸在VR环境中时经常需要走动、扭转身体，线缆有可能阻碍人们的活动，并且缠绕的线缆有可能会绊倒娱乐中的人们。为了全面提升人们的沉浸式体验，头戴式VR设备的无线化成为一个重要的趋势。在实际VR娱乐中，人们经常会转动身体，并且伴随肢体动作，这要求天线在水平面上需要具有全向辐射的能力以满足全方位覆盖。

头戴式VR天线的最佳放置点是在人头顶部，尽量避免人体的阻挡作用，这要求天线尺寸不能太大。另外，VR传输高清信号需要大带宽，为了覆盖尽可能多的带宽，应用于VR设备的人体天线必须进行宽带化设计，同时这也能有效应对人体加载和肢体动作带来的频偏失配作用。

现阶段无线VR设备的天线多采用单极子方案，为了在水平面获取全向覆盖，那么单极子必须垂直人头顶部表面放置，这样导致的剖面较高。为了降低剖面高度，已有研究对单极子天线进行弯曲折叠，或是共形平放设计，可使得天线与头部耦合增强，降低辐射性能。贴片天线拥有很低的剖面，其地板可以给天线与人体之间提供隔离。在引入短路探针之后，贴片天线的高次模式也能产生全向覆盖的模式。不过这种基于高次模式的贴片天线的带宽受限，难以实现宽带化设计。为了解决带宽问题，有研究人员将顶部加载的圆锥形单极子引入到头盔天线的设计中，然而其地板面积相对较大，不利于VR设备的小型化。

由于工作在人体表面，人体天线的设计还得考虑人体对天线辐射电磁波能量的特定吸收率，保证电磁辐射安全，这也对人体天线的设计提出了严格的要求。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种锥形波束宽带缝隙天线阵列，该天线阵列具备宽带化性能，工作性能稳定，具有高增益和高辐射效率。

本实用新型的另一目的在于提供一种采用上述锥形波束宽带缝隙天线阵列的头戴VR设备，天线阵列设置在头戴VR设备的顶部。该设备可以实现宽频带覆盖效果。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种锥形波束宽带缝隙天线阵列，包括缝隙辐射阵列和四个T型耦合馈电线，分别蚀刻在第一介质基板的下表面和上表面，同轴线缆给缝隙辐射阵列馈电；缝隙辐射阵列以缝隙天线作为阵列单元，采用2×2对称组阵方式，令中心对称的一组缝隙单元的T型耦合馈电线相向摆放，并使用一分四功分器对四个T型耦合馈电线进行等幅等相馈电，形成锥形波束，在水平面获得全向覆盖。