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TechnicalFeature 技术特写

应用于智能手表的天线设计方法

Antenna Design Methodology for Smartwatch Applications

作者：Phil Lindsey, ARSI LLC, Atlanta, Kan.；
C. J. Reddy, Altair Engineering Inc., Hampton, Va.
译者：焦金龙，Altair China

0年代初，美国施乐（Xerox）公司的Mark 手表只是增强了它们的功能。2000年见证了服
9Weiser提出了普适计算的概念，即计算机在 装公司与数字技术公司的第一次合作，像Nike
我们的日常生活中无所不在、随时随地可以进 和Apple联合创造了可植入鞋内的健身追踪器，
行运算。“最好的用户界面”，Weiser指出， 且能和iPod协同工作。这个Nike+工具可以帮跑
“应当让用户注意不到它的存在。”他预测无 步者记录运动的时间、距离、步伐和卡路里消
线网络的将来，各种设备相连，使得人们能随 耗。8年后又出现了Fitbit Classic。健身追踪器在
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时随地获取需要的信息。Weiser认为 ，“从长 此之后得到蓬勃发展。 根据移动通讯的分析，
远来看，因为计算访问将无处不在：如嵌在墙 可穿戴设备的市场将在2020年达到342亿美元。
里，戴在手腕上或者在“报废的计算机”（如 健身追踪器的出货量预计将超过6千万台，在未
废纸），随时需要随时使 来一年左右，智能手表预计
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用，个人电脑和工作站将变 将超过3千万台。 计算访问
得几乎过时。” 确实无处不在。
如今因技术的发展我们
的生活正朝着Weiser的预测 芯片天线
发展。智能设备，尤其是可 普适计算使得良好的天
穿戴式设备，如智能手表， 线设计成为必要。智能设备
改善了我们生活里从工作到 的天线必须体积小，灵活适
娱乐的各个方面，尤其在健 应于小的预定环境。一些研
康和健身方面。可穿戴设备 究表明智能手表的笨重已经
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可以监测心率、皮肤表面温 (a) 降低了其受欢迎程度 。为
度、运动距离甚至食物摄入 了方便使用，这些设备要能
和睡眠状况。如今，大部分 够长时间运行且无需用户改
健身装备已经可以像手表一 变他们的活动习惯去适应设
样穿戴，甚至有些还兼备手 备。因此，天线必须能够应
表的功能。 2 对运动和人体近场产生的效
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怀表发明于1762年 。 应。电池的寿命要足够长，
虽然是个巨大的革新，让非 以满足客户的要求。这是一
精英的普通人也能方便地知 个良好的天线设计应该具备
道时间，却也有它的缺点。 的，因为智能设备的大部分
例如当使用者双手被占用 (b) 能量消耗在射频传输上。最
时，那通过怀表看时间就很 后，整体设备应满足用户的
麻烦。因此，一战期间，腕 价格期望和美国联邦通讯委
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表被发明并广泛传播于英国 员会（FCC）的安全认证 。
士兵间，并开始迅速成为世 芯片天线是满足上述
界上最普遍的穿戴设备。 4 设计所面临挑战的一种解决
这些都让它成为了增强计算 方案。它体积小，易于集成
能力的有力候选者。1975年 在小型智能设备中且方便调
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首次出现了带计算器功能的 (c) 整。 和其它选择相比，基于
手表，随后在20世纪80年代 图1：Fractus芯片天线照片（a）、天线 螺旋、弯折或贴片天线设计
出现了手腕PC机，一种内置 芯片的FEM模型（b）、评估板（c）， 的芯片天线，价格便宜而且
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游戏的手表。 后来的智能 VStar Systems Inc. 提供的天线模型。 高效。 由于成本效益高、
36 Microwave Journal China 微波杂志 Sep/Oct 2017