CN105356033A - 一种共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线,其特征在于:是在一矩形柔性基体的上表面各设置有“T”形辐射贴片和两矩形接地平面,且两接地平面对称设置在“T”形辐射贴片的“︱”部分的两侧,辐射贴片和接地平面均以银墨水为材质;柔性基体以PET或PDMS为材质。本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线可采用喷墨打印或喷涂工艺,具有制作方便、结构紧凑、易于共形、便于穿戴等优点。
Description
技术领域
本发明属于天线领域,具体设计涉及一种共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线。
背景技术
随着无线通信技术的飞速发展以及可穿戴消费电子的兴起,以人体为中心的无线通讯系统已经成为当今的研究热点之一。人体无线通讯系统是第四代移动通信的重要组成部分,在医疗康复、健康监测、体育运动以及消防安全等领域发挥着重要的作用。自赫兹和马可尼发明天线以来,天线在人类的社会生活中扮演着重要的角色。天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备,是无线通信系统中的重要环节,天线的性能将直接影响到通信系统的品质。为满足个人通信技术对天线特性的要求,研究一种具备柔性、可穿戴特点的天线显得尤为重要。
所谓可穿戴天线,首先要求天线具备柔性特点,能够很好地穿戴于人体或与其他可穿戴设备共形,通过将天线附着于衣物、穿戴设备上,实现无线通信。可穿戴天线最早可追溯到用于军队战术通信的鞭状天线,这种天线基于尺寸原因,很容易暴露目标,较为理想的可穿戴天线应具备质轻便携、稳定可靠、易于共形等特点。对于柔性可穿戴天线研究更为倾向于低轮廓的印刷天线,尤其是贴片天线和缝隙天线,这两种平面结构的天线因具备质量轻、剖面低、体积小等优势在可穿戴天线研究中备受关注。
目前,国内对于天线的研究绝大多数处于以FR4(玻璃纤维环氧树脂板)、RT5880/RT6002和F4BM微波介质板为基材,这类天线通常不可弯曲,可穿戴性差。国内对于柔性可穿戴天线的研究较少,电子科技大学的徐凌提出了一种基于导电织物可穿戴天线,该天线工作于2.45GHz,具备轻便、易携带、隐蔽性好等特点。西安电子科技大学的赵程光利用柔性铜箔设计了一种可穿戴偶极子天线,却存在不易穿戴、共形性差等弊端,有待进一步完善。程春霞等人介绍了一种能与服装完全共形的柔性微带线,天线材质选用常规的毛毯和铜箔,并对天线在平放和弯曲条件下进行性能测试。
总结国外对于柔性可穿戴天线的研究具备如下特点,其柔性基体通常采用聚酰亚胺(polyimide,PI)、高分子聚合物(polydimenthysiloxane,PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneglycolterephthalate,PET)、丝织物(Textle)等几类,导电材质主要为金属导电液、银纳米线(AgNW)、碳纳米管(CNTs)以及金属纳米颗粒和金属导电液等。美国北卡罗来纳州大学的JuHeeSo等人以PDMS为柔性介质,将液态金属注入预留管道以制备柔性偶极子天线,该天线具有机械弯曲与可重构特点。对于填充液态金属类柔性天线,通常存在柔性介质破损时会导致液态金属泄露等弊端。SongLingnan等人介绍了一种AgNW/PDMS可拉伸特点的柔性矩形微带天线,银纳米线成为研究新型可穿戴或透明天线的首选,却因价格昂贵不易大规模推广。铜或铝等金属纳米粒子价格较银纳米线低廉却存在易于氧化的缺点。
微带线由于具有低剖面、重量轻、体积小以及容易与微波电路集成等优点,在无线通信系统中得到了广泛应用,特别是共面波导馈电天线由于其制作简单、费用低廉、具有良好的带宽、多频段操作灵活以及偏差小等显著特性成为近年来的关注热点之一。FujifilmDimatix公司推出的DMP-2831材料喷印机采用MEMS及硅材质制作喷墨头,可支持多种材料喷印(如银墨水、透明导电性材料等),为打印柔性可穿戴电子产品提供了一种实施途径。基于DMP-2831喷墨打印机采用打印银墨水方式制备一种柔性可穿戴天线可大大简化其制备流程,降低设计成本。
发明内容
本发明提出了一种采用共面波导馈电、中心频率为2.45GHz的柔性可穿戴天线结构,基于喷墨打印工艺,以打印银墨水方式制备高导电辐射贴片,以PDMS为柔性基体,旨在解决现有非柔性天线不易共形、可穿戴性差以及柔性天线制备流程繁琐等问题。同时,为了进一步扩展本发明中提出的结构紧凑型共面波导馈电单极子天线的普适性,通过优化天线尺寸参数设计了一种基于PET柔性基体的共面波导馈电、中心频率为2.45GHz的柔性可穿戴天线。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线,其特点在于:是在一矩形柔性基体的上表面分别设置有“T”形辐射贴片和两矩形接地平面;且两接地平面对称设置在所述“T”形辐射贴片的“︱”部分的两侧。所述辐射贴片和所述接地平面均以银墨水为材质。所述柔性基体以PDMS或PET为材质。
本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线,其特点在于:
两接地平面的一长边与所述“T”形辐射贴片的“︱”部分的底边及所述柔性基体的一长边相平齐;两接地平面的一短边各与所述柔性基体的一短边对齐;
两接地平面的短边长度小于所述“T”形辐射贴片的“︱”部分的长度;
在所述“T”形辐射贴片的“—”部分的底边上、位于“︱”部分的两侧对称开设有两“︱”形缝隙;在所述“T”形辐射贴片的“—”部分上开设有开口朝向“—”部分底边的“E”形缝隙;两“︱”形缝隙和“E”形缝隙呈叉指结构。
为了良好地满足工程性能需求,本发明的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的尺寸设置为:
当所述柔性基体以PDMS为材质时,所述柔性可穿戴天线的尺寸为:
所述柔性基体长40mm、宽35mm、厚度1mm;所述接地平面长15.6mm、宽9.4mm;“T”形辐射贴片的“—”部分长16.6mm、宽17.2mm,“︱”部分长12mm,宽5.5mm;
所述“E”形缝隙的底边长13.6mm、宽1mm,三个伸出端的长为4mm、宽1mm,三个伸出端的顶部与“T”形的“—”部分的底边的距离为2mm;两“︱”形缝隙长4mm、宽1mm,两“︱”形缝隙相邻边的间距为8.5mm。
当所述柔性基体以PET为材质时,所述柔性可穿戴天线的尺寸为:
所述柔性基体2长40mm、宽35mm、厚度0.3mm;所述接地平面3长16.9mm、宽9.4mm;“T”形辐射贴片1的“—”部分长17.6mm、宽20mm,“︱”部分长12mm,宽5.5mm;
所述“E”形缝隙的底边长17mm、宽1mm,三个伸出端的长为4mm、宽1mm,三个伸出端的顶部与“T”形的“—”部分的底边的距离为2mm;两“︱”形缝隙长4mm、宽1mm;两“︱”形缝隙相邻边的间距为8.5mm。
所述紧凑型辐射贴片中的缝隙宽度均为1mm,“E”形缝隙中心线与“T”形辐射贴片“︱”部分中心线共线。
与已有技术相比,本发明有益效果体现在:
1、与传统非柔性基材制备的天线相比,本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线可采用PDMS或PET为柔性基体(需改变天线相应的尺寸参数),基于喷墨打印技术以银墨水制备高导电性柔性薄膜用作辐射贴片和接地平面。其具有结构紧凑、质轻便携、易于共形、可穿戴性好以及加工便捷等优点。
2、本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线分别采用3D打印技术制备PDMS柔性基体,并基于喷墨打印技术,在PDMS柔性基体上打印银墨水制备辐射贴片和接地平面。由于采用共面波导馈电,其辐射贴片和接地平面设计在PDMS柔性基体的同一面,简化了整个制备流程,降低了设计成本。
3、本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线在实现传统非柔性天线的功能基础上,经验证,在发生一定弯曲或扭转时仍可满足工程要求,且柔软度与可穿戴性远优于传统铜质天线,可灵活安装在设备内外以及弯曲部位。
附图说明
图1是本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线结构图;
图2是本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线横截面结构示意图;
图3是本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线共面波导激励的波端口设置示意图;
图4是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线尺寸参数图;
图5是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线回波损耗仿真结果;
图6是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线驻波比仿真结果;
图7是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线XZ平面增益方向图和XY平面增益方向图;
图8是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线XZ平面增益方向图和YZ平面增益方向图;
图9是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的Smith图;
图10是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线沿X轴和Y轴弯曲示意图;
图11是本发明以PDMS为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线自然状态与沿X轴和Y轴弯曲时S11仿真结果;
图12是本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线PDMS柔性基体模型;
图13是本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线回波损耗实测与仿真结果对比图;
图14是本发明以PET为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线尺寸参数图;
图15是本发明以PET为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线回波损耗仿真结果;
图16是本发明以PET为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线驻波比仿真结果;
图17是本发明以PET为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的Smith图;
图18是本发明以PET为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线XZ平面增益方向图和XY平面增益方向图;
图19是本发明以PET为基体时共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线XZ平面增益方向图和YZ平面增益方向图;
图中标号:1辐射贴片;2柔性基体;3接地平面;4矩形馈电面;5柔性基体模具。
具体实施方式
实施例1
如图1所示,本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线结构为:在一矩形柔性基体2的上表面各设置有两矩形接地平面3和辐射贴片1;两接地平面3对称设置在所述“T”形辐射贴片1的“︱”部分的两侧;
辐射贴片1和接地平面3均基于喷墨打印技术以银墨水为材质,柔性基体以PDMS为材质。
两接地平面3的一长边与所述“T”形辐射贴片1的“︱”部分的底边及所述柔性基体2的一长边相平齐;两接地平面3的一短边各与柔性基体2的一短边对齐;
两接地平面3的短边长度小于所述“T”形辐射贴片1的“︱”部分的长度;
在所述“T”形辐射贴片1的“—”部分的底边上、位于“︱”部分的两侧对称开设有两“︱”形缝隙;在所述“T”形辐射贴片1的“—”部分上开设有开口朝向“—”部分底边的“E”形缝隙,所述“E”形缝隙中心线与“T”形辐射贴片“︱”部分中心线共线;两“︱”形缝隙和“E”形缝隙呈叉指结构。
本实施例的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线具有结构紧凑、质轻便携、易于共形与加工等优势,为适应可穿戴设备对天线性能的需求提供了一种可行性设计方案,为验证其工作性能,做实例如下:
首先,提出天线性能参数需求如下:中心频率为2.45GHz,驻波比VSWR<1.5,回波损耗S11<-10dB,具备柔性且一定弯曲条件下仍可继续工作,即中心频率和回波损耗应在工程应用需求范围内。依据上述设计需求,提出图1中天线结构,图2为共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线横截面结构示意图,采用共面波导馈电方式为简化柔性可穿戴天线制备流程提供了可能。同时,借助三维结构电磁场仿真软件ANSYSHFSS对其进行建模与仿真。对于本实施例中共面波导激励的波端口设置如图3所示,其波端口尺寸与辐射贴片的馈线宽度和接地平面的尺寸有关,可参考三维结构电磁场仿真软件ANSYSHFSS中对共面波导激励的波端口设置建议参数进行设置。
在完成本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的建模与波端口激励设置后,对天线尺寸参数进行扫频分析,经优化后的天线尺寸参数如图4所示:
柔性基体2长40mm、宽35mm、厚度1mm;两接地平面3长15.6mm、宽9.4mm;“T”形辐射贴片1的“—”部分长16.6mm、宽17.2mm,“︱”部分长12mm,宽5.5mm;
“E”形缝隙的底边长13.6mm、宽1mm,三个伸出端的长为4mm、宽1mm,三个伸出端的顶部与“T”形的“—”部分的底边的距离为2mm;两“︱”形缝隙长4mm、宽1mm,两“︱”形缝隙相邻边的间距为8.5mm。
对本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线结构进行优化后其在2.45GHz工作频率处其回波损耗S11值约-36dB,如图5所示。
图6是本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的驻波比(VSWR)仿真结果,可以看出,在中心频率2.45GHz处其VSWR值约为1.15,使用Rohde&SchwarzZNB8矢量网络分析仪(VectorNetworkAnalyzer,VNA)测量值为1.29,均低于1.3,达到了良好的匹配效果(功率反射率约1.6%)。图7和图8是本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线在XZ平面、XY和YZ平面下的增益方向图(模型在空间中的坐标如图3所示)。图9为本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的Smith图,从图中可以看出其归一化阻抗为1.1624+0.1533i(图9中m1中标记),达到较好的匹配效果。
同时,为了验证该结构天线在弯曲状态下的工作性能,以柔性基体的宽度方向为X轴、以柔性基体的长度方向为Y轴、以柔性基体的厚度方向为Z轴,在本实施例中利用ANSYSHFSS软件对其建立弯曲状态时模型并进行仿真分析,图10是本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线沿X轴(左图)和Y轴(右图)弯曲时的模型,仿真时选取柔性基体2的弯曲半径为40mm。图11为本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线在自然状态(未受外力作用)、沿X轴弯曲及沿Y轴弯曲时回波损耗S11仿真结果,从图11中可以看出,当天线分别沿X轴和Y轴弯曲时回波损耗S11的值约为-16.3dB和-13.3dB,中心频率沿低频方向发生轻微偏移,而2.45GHz仍处于-10dB带宽范围内,满足工程应用需求。
通过上述仿真分析可以看出本实施例中以PDMS为基体、结构紧凑型共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线具有良好的工作性能,为进一步验证其在实际工程应用中的性能,本实施例以PDMS(184,DowCorning)为柔性天线基体,利用DMP-2831材料喷涂机打印银墨水(韩国ANP公司)制备高导电性薄膜用作辐射贴片和接地平面。
柔性基体2制备流程如下:共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线以PDMS以柔性基材,美国道康宁Sylgard184硅橡胶室温下基本组分与固化剂按质量比10:1可固化为具有韧性的透明弹性体,且固化时具有不放热、收缩量小以及良好的耐辐射性能。鉴于其具备低损耗角、良好的物理及电学特性成为制备可穿戴天线柔性基体2的首选,其相对介电常数为2.65,损耗角为0.02。基于PDMS室温下具有流体成型特点,并依据ANSYSHFSS仿真软件对柔性天线优化后的尺寸参数,本实施案例中利用SolidWorks三维建模软件绘制本实施例中共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线所需柔性基体模具5,并将柔性基体模具导出.stl格式后使用美国高精度(层分辨率为100um)MakerBotReplicator3D打印机打印柔性可穿戴石墨烯天线的柔性基体模具5,柔性基体模具材料可选择ABS或PLA工程塑料。本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线所需的柔性基体模具5如图12所示。将按固化比例均匀混合后的PDMS液体注入柔性基体模具5,并将柔性基体模具置入真空干燥箱(DZF-6021,上海索普仪器有限公司)进行抽真空除去PDMS基体中的气泡并室温固化后脱模即可获得所需柔性基体2。
在获得所需柔性基体2之后,借助DMP-2831材料喷涂机在柔性基体模具2表面打印银墨水即可获得所需高导电性辐射贴片1和两接地平面3。采用喷墨方式印刷辐射贴片1和两接地平面3,具有印刷精度高、导电层薄、无须制版、承印材料范围广以及制备流程简单等优点。在选择喷墨导电墨水时,粒径、粘度、表面张力等参数决定了其是否能用于喷墨打印,银固含量、烧结温度、电阻率等参数决定其打印图案的导电性能,这些因素均对本实施案例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的性能有影响。对于银墨水的选取,表1列出了韩国ANP公司推出的金属银系列喷墨导电墨水产品性能参数。结合DMP-2831材料喷涂机对所打印材料的要求,DGP40LT-15C型金属银系列喷墨导电墨水的性能较为优异,其银固含量在40%~45%(质量分数),且烧结温度已经达到100~150℃,在塑料膜表面具有较佳的使用性能。
选择DGP40LT-15C型金属银系列喷墨导电墨水并使用DMP-2831材料喷涂机在柔性基体2上表面按照优化后的天线尺寸(如图4所示)打印图1中结构即可制备本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线。为了增加银墨水固化后在柔性基体2表面的粘着力以及打印的精度,通常需要对柔性基体2表面进行表面等离子处理。同时,通过控制打印银墨水的层数,可以调节固化后导电辐射贴片1和两接地平面的方阻。
表1ANP公司的金属银系列喷墨导电墨水产品性能
为便于与矢量网络分析仪实际测量进行性能评估,需要在柔性可穿戴天线馈电面和两接地平面处用YC-01环氧树脂型导电银胶(南京喜力特胶黏剂有限公司)连接SMA(Sub-Miniature-A)插座与测试线相接,SMA插座中心信号端与辐射贴片2相连,接地端子与两接地平面相接。
在进行天线性能测试前,需要使用校正器件对矢量网络分析仪进行Open、Short、Match和Thru模式校正。校正完毕,将本实施例的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线与矢量网络分析仪相接进行测试,实际测量与仿真本发明共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的回波损耗S11如图13所示。由图13可知,实际测量本实施例中共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线在中心频率2.45GHz处的回波损耗S11约-31dB,-10dB带宽约400MHz。上述测试与仿真结果表明,本实施例共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的性能满足工程应用需求。
实施例2
为进一步扩展本发明结构紧凑型共面波导馈电单极子天线结构的普适性,在具体实施案例时选择厚度0.3mm的PET柔性基体2取代厚度1mm的PDMS柔性基体2,与实施例1中方法类似,选择打印银墨水或喷涂银纳米线等方式制备高导电性的辐射贴片1和两接地平面3,其总体结构与如图1所示。
与实施例1中选用PDMS柔性基体的实施例相似,在更换PET为柔性基体后,由于其基体厚度、相对介电常数以及损耗角等参数均发生了变化,为此使用三维结构电磁场仿真软件ANSYSHFSS对其进行建模与仿真,同时,根据PET基体柔性可穿戴天线尺寸参数设置其共面波导激励的波端口如图3示意图所示,优化后的尺寸参数如图14所示。
柔性基体2长40mm、宽35mm、厚度0.3mm;两接地平面3长16.9mm、宽9.4mm;“T”形辐射贴片1的“—”部分长17.6mm、宽20mm,“︱”部分长12mm,宽5.5mm;“E”形缝隙的底边长17mm、宽1mm,三个伸出端的长为4mm、宽1mm,三个伸出端的顶部与“T”形的“—”部分的底边的距离为2mm;两“︱”形缝隙长4mm、宽1mm;两“︱”形缝隙相邻边的间距为8.5mm;
图15为本实施例以PET为基体的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的回波损耗仿真结果,可以看出,基于PET柔性基体时,在2.45GHz工作频率处其回波损耗约为-40dB。图16为本实施例以PET为基体的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的驻波比仿真结果,在2.45GHz工作频率处其驻波比为1.06,达到了良好的匹配效果。图17为本实施例以PET为基体的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的Smith图,其归一化阻抗为1.0294+0.0293i(图16中m1中标记),达到了良好的匹配效果。图18和图19是基于PET柔性基体的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线XZ平面、XY平面和YZ平面增益方向图(模型在空间中的坐标如图3所示)。通过上述仿真分析可以看出,本实施例中以PET为基体的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线具备良好的工作性能,满足工程应用要求。
在具体实施过程中,选择美国盖尔杜邦恩欣格品牌的PET作为柔性基体2,其厚度选择0.3mm,PET塑料具有很好的光学性能和耐候性,非晶态的PET塑料具有良好的光学透明性。另外,PET塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PET做成的瓶具有强度大、透明性好、无毒、防渗透、质量轻、生产效率高等因而受到了广泛的应用。按照优化后的尺寸参数对其裁剪即可获得柔性基体2。
在获取柔性基体2之后,借助DMP-2831材料喷涂机在柔性基体模具2表面打印银墨水(实施例1中所采用导电材料)即可获得所需高导电性辐射贴片1和两接地平面3。首先,使用超声波清理PET柔性基体2的表面,除去表面杂质。同时,进行表面等离子处理以增加银墨水固化后在柔性基体2表面的附着力。辐射贴片1和两接地平面3的制备方法与实施例1中相同,在柔性基体2上打印完所需辐射贴片1和两接地平面3的图案之后,将基体置于150℃恒温箱并保持10分钟以烧结银纳米颗粒,获得良好的导电性,最后连接SMA接口进行测试。
通过将本发明结构紧凑型共面波导馈电天线结构应用在PDMS和PET柔性基体上,并依据柔性基体厚度、相对介电常数以及损耗角等参数适当调节天线结构参数,便可满足工程应用要求,实现柔性可穿戴功能。
Claims (3)
1.一种共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线,其特征在于:是在一矩形柔性基体(2)的上表面设置有“T”形辐射贴片(1)和两矩形接地平面(3),且两接地平面(3)对称设置在所述“T”形辐射贴片(1)的“︱”部分的两侧;
所述辐射贴片(1)和所述接地平面(3)均以银墨水为材质;所述柔性基体(2)以PET或PDMS为材质。
2.根据权利要求1所述的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线,其特征在于:
两接地平面(3)的一长边与所述“T”形辐射贴片(1)的“︱”部分的底边及所述柔性基体(2)的一长边相平齐;两接地平面(3)的一短边各与所述柔性基体(2)的一短边对齐;
两接地平面(3)的短边长度小于所述“T”形辐射贴片(1)的“︱”部分的长度;
在所述“T”形辐射贴片(1)的“—”部分的底边上、位于“︱”部分的两侧对称开设有两“︱”形缝隙;在所述“T”形辐射贴片(1)的“—”部分上开设有开口朝向“—”部分底边的“E”形缝隙,所述“E”形缝隙中心线与“T”形辐射贴片“︱”部分中心线共线;两“︱”形缝隙和“E”形缝隙呈叉指结构。
3.根据权利要求2所述的共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线,其特征在于:
当所述柔性基体以PDMS为材质时,所述柔性可穿戴天线的尺寸为:
所述柔性基体(2)长40mm、宽35mm、厚度1mm;所述接地平面(3)长15.6mm、宽9.4mm;“T”形辐射贴片(1)的“—”部分长16.6mm、宽17.2mm,“︱”部分长12mm,宽5.5mm;
所述“E”形缝隙的底边长13.6mm、宽1mm,三个伸出端的长为4mm、宽1mm,三个伸出端的顶部与“T”形的“—”部分的底边的距离为2mm;两“︱”形缝隙长4mm、宽1mm;两“︱”形缝隙相邻边的间距为8.5mm;
当所述柔性基体以PET为材质时,所述柔性可穿戴天线的尺寸为:
所述柔性基体(2)长40mm、宽35mm、厚度0.3mm;所述接地平面(3)长16.9mm、宽9.4mm;“T”形辐射贴片(1)的“—”部分长17.6mm、宽20mm,“︱”部分长12mm,宽5.5mm;
所述“E”形缝隙的底边长17mm、宽1mm,三个伸出端的长为4mm、宽1mm,三个伸出端的顶部与“T”形的“—”部分的底边的距离为2mm;两“︱”形缝隙长4mm、宽1mm;两“︱”形缝隙相邻边的间距为8.5mm。
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Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106229655A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-14 | 中国计量大学 | 一种地辐耦合的五频段可穿戴天线 |
CN106252859A (zh) * | 2016-08-27 | 2016-12-21 | 河北工业大学 | 一种柔性基底的体表通信天线 |
CN107204516A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-26 | 西南交通大学 | 一种基于开路电流环的圆极化wlan天线 |
CN107546477A (zh) * | 2017-07-19 | 2018-01-05 | 天津大学 | 一种基于聚酰亚胺材料的柔性多频天线 |
CN107565212A (zh) * | 2017-07-28 | 2018-01-09 | 天津大学 | 具有带陷特性的柔性可穿戴超宽带单极子天线 |
CN107681264A (zh) * | 2017-10-28 | 2018-02-09 | 天津大学 | 一种应用于ism频段的柔性可穿戴天线 |
CN108448232A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-08-24 | 天津大学 | 一种柔性双频可穿戴天线 |
CN108538864A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-14 | 武汉大学 | 一种基于喷墨打印技术的柔性可穿戴式系统及其制造方法 |
CN108767453A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-06 | 西安电子科技大学 | 一种柔性超宽带mimo天线 |
CN109888452A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 永康国科康复工程技术有限公司 | 一种可拉伸天线及其制备方法 |
CN110429373A (zh) * | 2018-05-01 | 2019-11-08 | 苹果公司 | 用于表带的天线组件 |
CN111799552A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-20 | 河北工业大学 | 一种低成本嵌入式可穿戴天线 |
CN113097706A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-09 | 西安电子科技大学 | 一种柔性宽带偶极子可穿戴石墨烯天线 |
CN113161733A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-23 | 西安电子科技大学 | 一种基于石墨烯的柔性宽带单极子可穿戴天线 |
CN113206377A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-03 | 安徽大学 | 一种共面波导馈电的四陷波柔性可穿戴超宽带天线 |
WO2022179324A1 (zh) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | Oppo广东移动通信有限公司 | 天线装置、壳体及电子设备 |
CN116231314A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-06-06 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 结合二维材料的电磁环境测量天线 |
US11917754B2 (en) | 2021-06-09 | 2024-02-27 | Industrial Technology Research Institute | Antenna module with keep-out area |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN203134976U (zh) * | 2013-01-23 | 2013-08-14 | 中国计量学院 | E形开槽式小型贴片微带天线 |
CN103996898A (zh) * | 2014-05-28 | 2014-08-20 | 天津大学 | 共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线 |
-
2015
- 2015-11-19 CN CN201510801462.8A patent/CN105356033B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN203134976U (zh) * | 2013-01-23 | 2013-08-14 | 中国计量学院 | E形开槽式小型贴片微带天线 |
CN103996898A (zh) * | 2014-05-28 | 2014-08-20 | 天津大学 | 共面波导馈电的宽带可穿戴贴片天线 |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
DARIA C.LANE等: "Conductive Inkjet Printed Ultra-Wideband (UWB) Planar Monopole Antenna on Low Cost Flexible PET Substrate Material", 《ANTENNAS AND PROPAGATION & USNCURSI NATIONAL RADIO SCIENCE MEETING, 2015 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON》 * |
HAIDER R. KHALEEL等: "Wearable Printed Monopole Antenna for UWB and ISM Applications", 《RADIO SCIENCE MEETING (JOINT WITH AP-S SYMPOSIUM), 2014 USNC-URSI》 * |
M. M. MANSOR等: "A 2.45 GHz Wearable Antenna using Conductive Graphene and Polymer Substrate", 《TECHNOLOGY MANAGEMENT AND EMERGING TECHNOLOGIES (ISTMET), 2014 INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON》 * |
SHAAD MAHMUD等: "Development of an Inkjet Printed Green Antenna and Twisting Effect for Wireless Body Area Network", 《WEARABLE AND IMPLANTABLE BODY SENSOR NETWORKS (BSN), 2015 IEEE 12TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON》 * |
高红卫等: "共面波导馈电的T型天线的研究与设计", 《2005全国微波毫米波会议论文集》 * |
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106252859A (zh) * | 2016-08-27 | 2016-12-21 | 河北工业大学 | 一种柔性基底的体表通信天线 |
CN106229655B (zh) * | 2016-08-30 | 2023-02-28 | 中国计量大学 | 一种地辐耦合的五频段可穿戴天线 |
CN106229655A (zh) * | 2016-08-30 | 2016-12-14 | 中国计量大学 | 一种地辐耦合的五频段可穿戴天线 |
CN107204516B (zh) * | 2017-05-23 | 2019-04-26 | 西南交通大学 | 一种基于开路电流环的圆极化wlan天线 |
CN107204516A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-09-26 | 西南交通大学 | 一种基于开路电流环的圆极化wlan天线 |
CN107546477A (zh) * | 2017-07-19 | 2018-01-05 | 天津大学 | 一种基于聚酰亚胺材料的柔性多频天线 |
CN107565212A (zh) * | 2017-07-28 | 2018-01-09 | 天津大学 | 具有带陷特性的柔性可穿戴超宽带单极子天线 |
CN107681264A (zh) * | 2017-10-28 | 2018-02-09 | 天津大学 | 一种应用于ism频段的柔性可穿戴天线 |
CN108448232A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-08-24 | 天津大学 | 一种柔性双频可穿戴天线 |
CN108767453A (zh) * | 2018-04-26 | 2018-11-06 | 西安电子科技大学 | 一种柔性超宽带mimo天线 |
CN110429373A (zh) * | 2018-05-01 | 2019-11-08 | 苹果公司 | 用于表带的天线组件 |
US11165141B2 (en) | 2018-05-01 | 2021-11-02 | Apple Inc. | Antenna assemblies for watch bands |
CN108538864A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-09-14 | 武汉大学 | 一种基于喷墨打印技术的柔性可穿戴式系统及其制造方法 |
CN109888452A (zh) * | 2019-02-01 | 2019-06-14 | 永康国科康复工程技术有限公司 | 一种可拉伸天线及其制备方法 |
CN111799552A (zh) * | 2020-07-23 | 2020-10-20 | 河北工业大学 | 一种低成本嵌入式可穿戴天线 |
WO2022179324A1 (zh) * | 2021-02-26 | 2022-09-01 | Oppo广东移动通信有限公司 | 天线装置、壳体及电子设备 |
CN113161733A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-23 | 西安电子科技大学 | 一种基于石墨烯的柔性宽带单极子可穿戴天线 |
CN113161733B (zh) * | 2021-03-18 | 2022-07-01 | 西安电子科技大学 | 一种基于石墨烯的柔性宽带单极子可穿戴天线 |
CN113097706A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-09 | 西安电子科技大学 | 一种柔性宽带偶极子可穿戴石墨烯天线 |
CN113206377A (zh) * | 2021-05-06 | 2021-08-03 | 安徽大学 | 一种共面波导馈电的四陷波柔性可穿戴超宽带天线 |
CN113206377B (zh) * | 2021-05-06 | 2022-09-13 | 安徽大学 | 一种共面波导馈电的四陷波柔性可穿戴超宽带天线 |
US11917754B2 (en) | 2021-06-09 | 2024-02-27 | Industrial Technology Research Institute | Antenna module with keep-out area |
CN116231314A (zh) * | 2023-04-27 | 2023-06-06 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 结合二维材料的电磁环境测量天线 |
CN116231314B (zh) * | 2023-04-27 | 2023-08-15 | 北京智芯微电子科技有限公司 | 结合二维材料的电磁环境测量天线 |
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Publication number | Publication date |
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CN105356033B (zh) | 2017-12-26 |
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