CZ26489U1 - Microwave antenna with integrated function of organic vapor sensor - Google Patents
Microwave antenna with integrated function of organic vapor sensor Download PDFInfo
- Publication number
- CZ26489U1 CZ26489U1 CZ2013-28741U CZ201328741U CZ26489U1 CZ 26489 U1 CZ26489 U1 CZ 26489U1 CZ 201328741 U CZ201328741 U CZ 201328741U CZ 26489 U1 CZ26489 U1 CZ 26489U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- organic vapor
- antenna
- microwave antenna
- vapor sensor
- functional layer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Description
Mikrovlnná anténa s integrovanou funkcí senzoru organických parMicrowave antenna with integrated organic vapor sensor function
Oblast technikyTechnical field
Technické řešení se týká mikrovlnné antény s integrovanou funkcí senzoru organických par, zejména pak antény mikropáskového provedení se zemní rovinou, určenou k přenosu informací v bezdrátových sítích, přičemž druhou funkcí antény je možnost detekce organických par. Dosavadní stav technikyThe invention relates to a microwave antenna with an integrated organic vapor sensor function, in particular to a ground plane microstrip antenna for transmitting information in wireless networks, the second function of the antenna being the possibility of detecting organic vapor. BACKGROUND OF THE INVENTION
V současné době se v mikrovlnných pásmech používají antény nej různějších konstrukcí. V oblasti mikropáskových antén se můžeme setkat z hlediska materiálového s anténami tvořenými nej častěji tenkými měděnými, stříbrnými nebo jinými kovovými ploškami nebo jen vrstvami ío těchto kovů nanesenými na elektricky nevodivém substrátu (dielektriku). Tyto plošky jsou v podobě konstrukčně uzpůsobených struktur (mikropásků) pro konkrétní frekvence. Zemní rovina antény bývá nejčastěji umístěna na zadní straně mikropáskové antény. Tyto antény mají povrch tvořen pevnou strukturou, která není schopná reagovat na změny par nacházejících se v provozovaném prostředí a nelze ji proto využít k přenosu signálu a zároveň k detekci organických par.At present, antennas of various designs are used in microwave bands. In the field of microstrip antennas, one can encounter, from a material point of view, antennas formed most often by thin copper, silver or other metal patches or just by layers of these metals deposited on an electrically non-conductive substrate (dielectric). These pads are in the form of structurally adapted structures (microstrip) for specific frequencies. The ground plane of the antenna is usually located on the back of the microstrip antenna. These antennas have a surface formed by a solid structure that is not able to react to changes in vapors found in the operating environment and therefore cannot be used for signal transmission and also for detection of organic vapors.
i? V současné době se stále více v praxi prosazují antény s částmi nebo vrstvami na bázi uhlíkových nanotrubic.and? Nowadays, antennas with parts or layers based on carbon nanotubes are gaining ground.
Anténa podle korejské patentové přihlášky KR 20090105991 je vyrobena zpolymemího kompozitu, který obsahuje uhlíkové nanotrubice v polymemí matrici na bázi polyamidu (nylonu).The antenna according to Korean patent application KR 20090105991 is made of a polymer composite comprising carbon nanotubes in a polymer matrix based on polyamide (nylon).
Vodivým materiálem použitým u antény podle japonské patentové přihlášky JP 2002109489 je kompozit na bázi vodivé pasty obsahující uhlíkové nanotrubice, vodivý kovový prášek a polymemí matrici.The conductive material used in the antenna of Japanese Patent Application JP 2002109489 is a conductive paste composite comprising carbon nanotubes, a conductive metal powder and a polymer matrix.
Patentová přihláška USA 2005116861 se týká antény malých rozměrů se zářičem obsahujícím uhlíkové nanotrubice, která má vynikající funkční charakteristiky ve vysokofrekvenčním pásmu.US patent application 2005116861 relates to a small size antenna with a carbon nanotubes emitter having excellent functional characteristics in the high frequency band.
Předmětem patentové přihlášky USA 2011220722 je anténa RFID tágu obsahující na substrátu vzorovanou vrstvu tvořenou vzájemně propojenými segmenty uhlíkových nanotrubic.The subject of US patent application 2011220722 is an RFID tag antenna comprising a patterned layer on a substrate formed by interconnected segments of carbon nanotubes.
V řešení podle mezinárodní patentové přihlášky PCT WO 2012113322 je vrstva uhlíkových nanotrubic nanesena na povrch solárního panelu, jehož funkce je v tomto případě integrována s funkcí záchytu fotonů. Jedná se zde o náznak kombinace více funkcí výrobku, který vrstvy uhlíkových nanotrubic s ohledem na své technologické a užitné vlastnosti umožňují. Tato kombi3o nace více funkcí ovšem vychází z kombinace samostatných funkcí jeho dvou konstrukčních částí. Doposud ale není věnována dostatečná pozornost více možným funkcím samotné vrstvy uhlíkových nanotrubic.In the solution according to PCT International Patent Application WO 2012113322, a layer of carbon nanotubes is deposited on the surface of a solar panel, the function of which in this case is integrated with the photon capture function. This is an indication of a combination of multiple product features that carbon nanotube layers allow for their technological and utility properties. However, this combination of multiple functions is based on a combination of separate functions of its two components. However, insufficient attention has been paid to the more possible functions of the carbon nanotubes layer itself.
Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution
K odstranění výše uvedeného nedostatku přispívá mikrovlnná anténa s integrovanou funkcí sen35 zořu organických par podle předloženého technického řešení. Podstata řešení spočívá v tom, že tato anténa je tvořena substrátem z elektricky nevodivého materiálu ve tvaru plošného útvaru, na jehož povrchu je nanesena elektricky vodivá funkční vrstva se schopností příjmu/vysílám signálu a současně vratné adsorpce/desorpce molekul organických par konstituovaná na bázi náhodně zapletených nanotrubic. Tato funkční vrstva je filtračním koláčem na filtrační membráněA microwave antenna with integrated sen35 function of organic vapor according to the present invention contributes to overcoming the above mentioned deficiency. The essence of the solution is that the antenna consists of a substrate of electrically non-conductive material in the shape of a sheet, on whose surface is applied an electrically conductive functional layer with the ability to receive / emit signals and concurrently reversible adsorption / desorption of organic vapor molecules nanotrubic. This functional layer is a filter cake on the filter membrane
4ii z polymemí ch nano vláken (produktem vakuové filtrace disperze uhlíkových nanotrubic přes filtrační membránu zpolymemích nano vláken) a to buď jako samonosná funkční vrstva nebo nebo i s integrovanou filtrační membránou.4ii from polymeric nano fibers (a product of vacuum filtration of a carbon nanotube dispersion through a filter membrane of polymer nano fibers), either as a self-supporting functional layer or even with an integrated filter membrane.
Uhlíkové nanotrubice funkční vrstvy mají s výhodou průměr 10 až 30 nm a délku 1 až 10 μιη a funkční vrstva má s výhodou tloušťku 30 pm až 500 pm. Pro zvýšení citlivosti může tvořit po45 vrch funkční vrstvy její oxidační produkt.The carbon nanotubes of the functional layer preferably have a diameter of 10 to 30 nm and a length of 1 to 10 µmη, and the functional layer preferably has a thickness of 30 µm to 500 µm. To increase sensitivity, the top of the functional layer may form its oxidation product.
- 1 CZ 26489 U1- 1 GB 26489 U1
Mikrovlnná anténa s integrovanou funkcí senzoru organických par podle technického řešení má s výhodou podobu planámího nebo planámího bikonického dipólu. Může být zhotovena také v miniaturizovaném provedení jako je PIFA anténa. Tvar a velikost antény je možno přizpůsobit požadované frekvenci.The microwave antenna with an integrated organic vapor sensor function according to the invention preferably takes the form of a flame or flame bikonic dipole. It can also be made in a miniaturized design such as a PIFA antenna. The shape and size of the antenna can be adjusted to the desired frequency.
Dosud nebyly popsány antény, které by byly schopny pracovat v mikrovlnném pásmu, a zároveň by dokázaly detekovat organické páry na základě změny odporu použité vrstvy nanesené na substrátu používaném ve vysokofrekvenční technice. S pomocí nanotrubic lze konstrukčně navrhnout takovou anténu, která při detekci organických par neovlivní výrazně svoje přizpůsobení. Takové řešení je inovativní z toho důvodu, že lze na malé plošce v podobě antény zakomponoio váné v mobilním zařízení provádět více funkcí, mezi které patří možnost přenosu signálu a možnost detekce organických par. Konstrukčně se jedná o dosud nepoužívanou technologii výroby vrstvy, která je součástí substrátu používaného v anténní technice pro mikropáskové antény. Anténa tedy může zároveň detekovat organické páry v ovzduší a po vyhodnocení upozornit uživatele takového zařízení, že se v ovzduší vyskytuje nějaký typ organické páry, která bývá většině i s případů ve větších i menších koncentracích nebezpečná pro zdraví člověka. Samotné vyhodnocení není prováděno touto anténou, anténa je v tomto případě chápána jako součást řetězce, kde je v řetězci na pozici pasivní antény a zároveň na pozici senzoru (čidla) organických par. Objasnění výkresůSo far, antennas capable of operating in the microwave band have not been described and at the same time can detect organic vapors by varying the resistance of the layer applied to the substrate used in the high-frequency technique. With the help of nanotubes it is possible to design an antenna which does not significantly influence its adaptation when organic vapors are detected. Such a solution is innovative in that more functions can be performed on a small area in the form of an antenna embedded in a mobile device, including the possibility of signal transmission and the possibility of detecting organic vapors. Structurally, it is not yet used technology of layer production, which is part of the substrate used in antenna technique for microstrip antennas. Thus, the antenna can simultaneously detect organic vapors in the atmosphere and after evaluation, notify the user of such a device that there is some type of organic vapor in the atmosphere, which is usually dangerous for human health even in larger and smaller concentrations. The evaluation itself is not performed by this antenna, in this case the antenna is understood as part of the chain, where it is in the chain at the position of the passive antenna and at the same time at the position of the sensor (sensor) of organic vapors. Clarification of drawings
K bližšímu objasnění podstaty technického řešení slouží přiložený výkres, kde znázorňuje:In order to clarify the nature of the technical solution, the attached drawing shows:
obr. 1 - ilustrační schéma antény/čidla organických par - pohled;FIG. 1 is an illustration of an antenna / organic vapor sensor;
obr. 2 - ilustrační schéma antény/čidla organických par - příčný řez;Fig. 2 - illustration of antenna / organic vapor sensor - cross section;
obr. 3 - schéma zapojení antény/čidla organických par ve vyhodnocovacím řetězci.Fig. 3 - wiring diagram of antenna / organic vapor sensor in the evaluation chain.
Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of technical solutions
Příklad 1Example 1
Mikropásková anténa v příkladném provedení (viz obr. 1 a 2) je tvořena funkční vrstvou 2 z náhodně zapletených uhlíkových nanotrubic (MWCNT) o délce 1 až 10 pm a průměru v rozmezí 10 až 30 nm. Tato funkční vrstva 2 je nanesena na elektricky nevodivém substrátu i vyrobeném z PMMA. Substrát i je tvořen páskem o délce 45 mm a šířce 9 mm, zakotveným v zemní rovině 4 tvořené PCB deskou. Tloušťka funkční vrstvy 2 je 200 μπι a navazuje na ni koaxiální vedení 3. Anténu lze zakomponovat do obalu přenosného zařízení využívajícího bezdrátový přenos informací.The microstrip antenna in the exemplary embodiment (see Figs. 1 and 2) is comprised of a functional layer 2 of randomly entangled carbon nanotubes (MWCNT) of 1 to 10 µm in length and 10 to 30 nm in diameter. This functional layer 2 is deposited on an electrically non-conductive substrate 1 made of PMMA. The substrate 1 is formed by a 45 mm long and 9 mm wide strip anchored in the ground plane 4 formed by the PCB board. The thickness of the functional layer 2 is 200 μπι and is connected to the coaxial line 3. The antenna can be incorporated into the packaging of a portable device using wireless information transmission.
Funkční vrstva 2 je filtračním koláčem na filtrační membráně zpolymemích nanovláken - je vyrobena vakuovou filtrací vodné disperze složené z uhlíkových nanotrubic a směsi surfaktantů přes polymemí membránu. Filtrační polymemí membrána z polyuretanových nanovláken je vy35 robena elektrostatickým zvlákňováním z roztoku polyuretanu v dimetylformamidu. Skrze tuto membránu je filtrováno takové množství disperze, které odpovídá tloušťce 200 μην Po dosažení této tloušťky je vzniklá vrstva promyta alkoholem a vodou tak, aby se odstranily zbytky surfaktantů. Filtrační membrána je odstraněna a filtrovaná vrstva je sušena mezi filtračními papíry. Po vysušení jez této vrstvy vytvořen vhodný tvar, který odpovídá požadavkům na frekvenci antény,Functional layer 2 is a filter cake on the filter membrane of polymer nanofibers - it is made by vacuum filtration of an aqueous dispersion composed of carbon nanotubes and a mixture of surfactants through a polymer membrane. The filtering polymer membrane of polyurethane nanofibres is made by electrostatic spinning from a solution of polyurethane in dimethylformamide. The amount of dispersion corresponding to a thickness of 200 μην is filtered through this membrane. After reaching this thickness, the resulting layer is washed with alcohol and water to remove residual surfactants. The filter membrane is removed and the filtered layer is dried between filter papers. After drying, a suitable shape is created in this layer which corresponds to the frequency requirements of the antenna,
4d v konkrétním případě proužek o rozměrech 9x45 mm. Proužek je nanesen na substrátu z PMMA. Takto vzniklý útvar je nejlépe přizpůsoben frekvenci 1,28 GHz.4d, in a particular case, a 9x45 mm strip. The strip is coated on a PMMA substrate. This formation is best adapted to the frequency of 1.28 GHz.
Vzniklá fůnkční vrstva 2 se používá jako samonosná (filtrační nanovláknitá membrána je separována), je elektricky vodivá, schopná prijímat/vysílat signál. Je také schopná adsorpce molekul organických par při vytavení těmto parám. Tento proces je vratný, tedy při odstranění této vrstvyThe resulting functional layer 2 is used as a self-supporting (filter nanofibrous membrane is separated), it is electrically conductive, capable of receiving / transmitting a signal. It is also capable of adsorbing organic vapor molecules upon melting these vapors. This process is reversible, ie when this layer is removed
4? z par dochází k desorpci molekul organických par. Adsorpci a desorpci par lze jednoduše detekovat měřením změny stejnosměrného odporu. Je ale možné vyhodnocovat ji také skalárním měřením koeficientu odrazu antény tvořené z této odporové vrstvy nebo měřením změny jejího re_ 2 CZ 26489 U1 zonančního kmitočtu, případně detekováním změny resonanční frekvence antény, bez ztráty její funkce.4? organic vapors are desorbed from the vapors. Vapor adsorption and desorption can be easily detected by measuring the change in DC resistance. However, it is also possible to evaluate it by scalar measuring the reflection coefficient of the antenna formed from this resistive layer or by measuring the change in its resonance frequency, or by detecting a change in the resonant frequency of the antenna, without losing its function.
Výše uvedené funkce se realizují v zapojení antény/čidla organických par ve vyhodnocovacím řetězci (viz schéma na obr. 3), v němž je anténa A propojena přes převodník P a vyhodnocovací člen V s displejem D mobilního zařízení.The above functions are realized by connecting an antenna / organic vapor sensor in the evaluation chain (see diagram in Fig. 3) in which the antenna A is connected via the converter P and the evaluation member V to the display D of the mobile device.
Příklad 2Example 2
Konstrukční řešení antény je obdobné příkladu 1. Funkční vrstva je i v tomto případě vyrobena vakuovou filtrací vodné disperze složené z uhlíkových nanotrubic a směsi surfaktantů.The design of the antenna is similar to Example 1. The functional layer is again produced by vacuum filtration of an aqueous dispersion composed of carbon nanotubes and a mixture of surfactants.
Filtrační polymemí membrána z polystyrenu nebo polyamidu 6 je vyrobena elektrostatickým ío zvlákňováním z roztoku. Skrze tyto membránu je disperze filtrována. Je filtrováno takové množství, které odpovídá vytvoření funkční vrstvy 2 o tloušťce 30 pm. Po dosažení této tloušťky je vzniklá vrstva promyta alkoholem a vodou tak aby se odstranily zbytky surfaktantů. Filtrační membrána je součástí vzniklé struktury a je sušena mezi filtračními papíry. Po vysušení je z této vrstvy vytvořen vhodný tvar, který odpovídá požadavkům na frekvenci antény např. trojúhelník, i? čtverec a jiné útvary dle požadavků na frekvenci. Vzniklý útvar je pak spojen s nevodivým substrátem i.The filter polymer membrane of polystyrene or polyamide 6 is made by electrostatic spinning from solution. The dispersion is filtered through these membranes. An amount corresponding to a functional layer 2 having a thickness of 30 µm is filtered. Upon reaching this thickness, the resulting layer is washed with alcohol and water to remove surfactant residues. The filter membrane is part of the resulting structure and is dried between filter papers. After drying, a suitable shape is created from this layer, which corresponds to the frequency requirements of the antenna, eg triangle, i? square and other formations as required by frequency. The resulting formation is then bonded to the non-conductive substrate i.
Velikost a tvar je vždy závislý na konkrétní frekvenci, pro kterou má být anténa impedančně přizpůsobena. Anténu lze bez obtíží realizovat v bezlicenčních pásmech ISM, např. 2,45 GHz, 5,8 GHz, rovněž lze vyrobit a provozovat anténu i pro v nižší frekvenční pásma. Anténa můžeThe size and shape is always dependent on the specific frequency for which the antenna is to be impedance matched. The antenna can be implemented without difficulty in unlicensed ISM bands, eg 2.45 GHz, 5.8 GHz, and it is also possible to manufacture and operate the antenna even in lower frequency bands. Antenna can
2o být zhotovena také v miniaturizovaném provedení jako je PIFA anténa.It can also be made in a miniaturized design such as a PIFA antenna.
Příklad 3Example 3
Konstrukční provedení antény i její výroba odpovídá příkladu 1 nebo 2. Pro zvýšení citlivosti tvoří ale povrch funkční vrstvy 2 její oxidační produkt. Konkrétně je funkční vrstva 2 uhlíkových nanotrubic v tomto příkladném provedení následně fůnkcionalizována oxidací pro zvýšení citli25 VOStí.The construction of the antenna and its manufacture corresponds to Example 1 or 2. However, to increase the sensitivity, the surface of the functional layer 2 forms its oxidation product. Specifically, the functional carbon nanotubes layer 2 in this exemplary embodiment is subsequently functionalized by oxidation to increase the sensitivity.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2013-28741U CZ26489U1 (en) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Microwave antenna with integrated function of organic vapor sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2013-28741U CZ26489U1 (en) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Microwave antenna with integrated function of organic vapor sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ26489U1 true CZ26489U1 (en) | 2014-02-17 |
Family
ID=50138092
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2013-28741U CZ26489U1 (en) | 2013-11-08 | 2013-11-08 | Microwave antenna with integrated function of organic vapor sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CZ (1) | CZ26489U1 (en) |
-
2013
- 2013-11-08 CZ CZ2013-28741U patent/CZ26489U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI763966B (en) | Resonant gas sensor | |
Dai et al. | Printed gas sensors | |
Nag et al. | Graphene-based wearable temperature sensors: A review | |
Kim et al. | Reversibly stretchable, optically transparent radio-frequency antennas based on wavy Ag nanowire networks | |
Hansora et al. | Performance of hybrid nanostructured conductive cotton materials as wearable devices: an overview of materials, fabrication, properties and applications | |
Jin et al. | Ultrathin nanofibrous membranes containing insulating microbeads for highly sensitive flexible pressure sensors | |
Huang et al. | Superhydrophilic, underwater superoleophobic, and highly stretchable humidity and chemical vapor sensors for human breath detection | |
Khan et al. | Paper as a substrate and an active material in paper electronics | |
Choi et al. | Highly conductive fiber with waterproof and self-cleaning properties for textile electronics | |
Lee et al. | Wireless hydrogen smart sensor based on Pt/graphene-immobilized radio-frequency identification tag | |
Lee et al. | Carbon-nanotube loaded antenna-based ammonia gas sensor | |
Borini et al. | Ultrafast graphene oxide humidity sensors | |
Singh et al. | Improved methanol detection using carbon nanotube-coated carbon fibers integrated with a split-ring resonator-based microwave sensor | |
CN106062546A (en) | Flexible sensor patch and method of using the same | |
Vena et al. | A novel inkjet printed carbon nanotube-based chipless RFID sensor for gas detection | |
Tanguy et al. | Flexible, robust, and high-performance gas sensors based on lignocellulosic nanofibrils | |
US20200309674A1 (en) | Structural electronics wireless sensor nodes | |
Tang et al. | Frequency-tunable soft composite antennas for wireless sensing | |
Luo et al. | Surface engineering on polyimide–silver films in low-cost, flexible humidity sensors | |
Slobodian et al. | Multifunctional flexible and stretchable polyurethane/carbon nanotube strain sensor for human breath monitoring | |
US20140118201A1 (en) | Stretchable antenna and manufacturing method of the same | |
Feng et al. | Flexible UHF resistive humidity sensors based on carbon nanotubes | |
EP3069410B1 (en) | Method of manufacturing a microwave antenna with integrated function of organic vapor sensor | |
Wu et al. | Low-dimensional material based wearable sensors | |
US20180224443A1 (en) | Dynamic resonant circuits for chemical and physical sensing with a reader and rfid tags |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20140217 |
|
ND1K | First or second extension of term of utility model |
Effective date: 20171102 |
|
MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20201108 |