PL231056B1

PL231056B1 - Textile system for matching the textile antenna impedance

Info

Publication number: PL231056B1
Application number: PL418987A
Authority: PL
Inventors: Michał Frydrysiak; Łukasz Tęsiorowski
Original assignee: Politechnika Lodzka; Politechnika Lódzka
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2019-01-31
Also published as: PL418987A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest tekstylny układ dopasowania impedancji anteny tekstylnej, przeznaczony do zastosowania w odzieży tekstronicznej.The subject of the invention is a textile impedance matching system of a textile antenna, intended for use in textile clothing.

System tekstroniczny stanowi połączenie technologii informatycznych z tekstylnymi. Przykładem takiego systemu jest odzież wyposażona w czujniki parametrów fizjologicznych (na przykład pulsu, oddechu) oraz środowiskowych (na przykład temperatury otoczenia, wilgotności). Informacja z tych czujników najczęściej przekazywana jest przewodowo do jednostki centralnej umieszczonej w odzieży, która gromadzi dane pomiarowe i przygotowuje te dane do dalszej transmisji na zewnątrz ubrania tekstronicznego. Tekstylny układ dopasowania impedancji anteny tekstylnej znajduje zastosowanie w transmisji bezprzewodowej sygnałów pomiarowych wewnątrz odzieży z czujników parametrów do anteny oraz w transmisji danych pomiarowych z ww. czujników za pomocą tej anteny na zewnątrz systemu tekstronicznego.The textronic system is a combination of information and textile technologies. An example of such a system is clothing equipped with sensors for physiological (e.g. pulse, breath) and environmental parameters (e.g. ambient temperature, humidity). The information from these sensors is most often transmitted by wire to a central unit located in the garment, which collects the measurement data and prepares this data for further transmission outside the textronic garment. The textile impedance matching system of the textile antenna is used in wireless transmission of measurement signals inside clothing from parameter sensors to the antenna and in the transmission of measurement data from the above-mentioned. sensors using this antenna outside the textronic system.

W zależności od relacji impedancji źródła sygnału do impedancji anteny stosuje się różne układy LC (L-indukcyjność, C-pojemność) dopasowania impedancji anteny.Depending on the relation of the impedance of the signal source to the impedance of the antenna, different LC circuits (L-inductance, C-capacitance) are used to match the antenna impedance.

Z dokumentu patentowego US 6081242 jest znany układ dopasowujący impedancję anteny zrealizowany w technologii obwodu drukowanego indukcyjności i pojemności. Cewka wykonana jest w postaci ścieżki wytrawionej na laminacie miedzianym. Kondensator stanowi przerwa w nadrukowanej ścieżce elektroprzewodzącej.From the patent document US 6081242 there is known an antenna impedance matching circuit implemented in the inductance and capacitance printed circuit technology. The coil is made of a track etched on a copper laminate. The capacitor is a break in the printed electrically conductive path.

Z opisu zgłoszenia patentowego US 2005/0095998 jest znany strojony elektrycznie obwód dopasowujący anteny, którego cewka i kondensator są wykonane z materiałów ferroelektrycznych.From the patent application US 2005/0095998 there is known an electrically tuned antenna matching circuit whose coil and capacitor are made of ferroelectric materials.

Znany jest także, z opisu zgłoszenia patentowego US 4754229, układ dopasowujący anteny zrealizowany w technologii obwodu drukowanego. Elementy układu zostały wykonane metodą wytrawiania miedzi na laminacie. Ponadto układ zawiera elementy dyskretne w postaci diod półprzewodnikowych.Also known from the patent application US 4,754,229 is an antenna matching circuit implemented in the printed circuit technology. The elements of the system were made by etching copper on the laminate. Moreover, the system includes discrete elements in the form of semiconductor diodes.

Z opisu patentowego PL 216381 jest znany układ dopasowania impedancji anteny prętowej. Układ ten charakteryzuje się tym, że promiennik anteny jest osadzony w metalowym walcu umieszczonym wewnątrz metalowej tulei współosiowego gniazda, oddzielony od niej zamkniętą od strony promiennika tuleją z materiału dielektrycznego. Metalowa tuleja jest zaopatrzona w swej dolnej części w kołnierz, za pomocą którego jest połączona z uziemioną płaszczyzną i jest dociskana do tej płaszczyzny nakrętką. Metalowy walec w swej dolnej części jest połączony ze środkowym stykiem umieszczonym w dielektryku gniazda, przy czym metalowa tuleja stanowi okładkę kondensatora dopasowującego impedancję anteny, którego drugą okładką jest metalowy walec, w którym osadzony jest promiennik.The patent description PL 216381 describes a circuit for matching the impedance of a rod antenna. This system is characterized by the fact that the radiator of the antenna is embedded in a metal cylinder placed inside a metal sleeve of the coaxial socket, separated from it by a sleeve made of dielectric material closed on the side of the radiator. The metal sleeve is provided on its lower part with a flange by means of which it is connected to the grounded plane and is pressed against this plane by a nut. The metal cylinder in its lower part is connected to the central contact located in the dielectric of the socket, the metal sleeve being the cover of the antenna impedance matching capacitor, the second cover of which is a metal cylinder in which the radiator is mounted.

Przedstawione wyżej układy dopasowujące, składające się ze standardowych elementów elektrycznych i zrealizowane tradycyjnymi technikami tj. montowane mechanicznie bądź implementowane na standardowych obwodach drukowanych, nie posiadają płaskiej struktury i w związku z tym nie jest możliwe bezpośrednie zamontowanie ich w odzieży.The above-mentioned matching systems, consisting of standard electrical components and implemented with traditional techniques, i.e. mechanically mounted or implemented on standard printed circuits, do not have a flat structure and therefore it is not possible to mount them directly in clothing.

Z opisu patentowego PL 206581 jest znana cewka magnetyczna, przeznaczona do umieszczenia w wyrobach tekstylnych, zawierająca korpus, korzystnie rurowy o przekroju kołowym, z surowca tekstylnego, na który jest nawinięte uzwojenie z przędzy przewodzącej lub drutu nawojowego, jedno- lub wielowarstwowe. Wewnątrz korpusu jest umieszczony rdzeń z włókien zawierających mikroproszek ferromagnetyczny.From the patent description PL 206581 there is known a magnetic coil intended to be placed in textile products, comprising a body, preferably tubular with a circular cross section, made of a textile material, on which a winding made of conductive yarn or winding wire is wound, in one or more layers. Inside the body there is a core of fibers containing a ferromagnetic micropowder.

Z opisu patentowego PL 217330 jest znana drukowana cewka magnetyczna, przeznaczona zwłaszcza do umieszczenia w wyrobach tekstylnych, zawierająca rdzeń z materiału magnetycznego umieszczony wewnątrz uzwojenia z materiału przewodzącego prąd, której uzwojenie jest usytuowane wzdłuż linii łamanej i co drugi odcinek uzwojenia jest nadrukowany na podłożu izolacyjnym i przykryty warstwą rdzenia nadrukowanego na tych odcinkach uzwojenia. Pozostałe odcinki uzwojenia są nadrukowane na warstwie rdzenia tak, że ich końce są połączone z końcami odcinków uzwojenia nadrukowanych pod warstwą rdzenia. Uzwojenie cewki jest wykonane z atramentu elektroprzewodzącego, warstwa rdzenia jest wykonana z atramentu o właściwościach ferromagnetycznych.Patent description PL 217330 discloses a printed magnetic coil, intended in particular for insertion in textile products, having a core of magnetic material placed inside a winding of electrically conductive material, the winding of which is located along a broken line, and every second winding section is printed on an insulating substrate and covered with a layer of a core printed on these winding sections. The remaining sections of the winding are printed on the core layer such that their ends are joined to the ends of the sections of the winding printed under the core layer. The coil winding is made of electroconductive ink, the core layer is made of ink with ferromagnetic properties.

W opisie zgłoszenia patentowego P. 402869 ujawniono dzianinową cewkę magnetyczną, przeznaczoną zwłaszcza do umieszczenia w wyrobach tekstylnych, zawierającą rdzeń z materiału magnetycznego, umieszczony wewnątrz dzianinowego karkasu wyposażonego w uzwojenie przewodzące prąd. Uzwojenie cewki tworzą rządki oczek na obwodzie dzianiny karkasu, wykonane z nitki elektroprzewodzącej o podwyższonej elastyczności, wrobione co dwa rządki oczek dzianiny karkasu wykonanych z nitki nieprzewodzącej prądu o podwyższonej elastyczności. Końce nitki, z której są utworzone rządki oczek uzwojenia są zaopatrzone w końcówki do włączenia w obwód elektryczny. Rdzeń cewkiPatent application P. 402 869 discloses a knitted magnetic coil, intended in particular to be placed in textile products, having a core of magnetic material placed inside a knitted carcass provided with a conductive winding. The winding of the coil consists of rows of eyelets on the circumference of the carcass knit, made of an electrically conductive thread with increased flexibility, sewn in every two rows of mesh of the carcass knit made of a non-conductive thread of increased flexibility. The ends of the thread from which the winding mesh rows are formed are provided with ends for connection to an electrical circuit. Coil core

PL 231 056 B1 stanowią włókna lub przędza magnetyczna, upakowane wewnątrz karkasu. Karkas z uzwojeniem i rdzeń są wykonane techniką dziania w jednym cyklu produkcyjnym.PL 231 056 B1 are magnetic fibers or yarns packed inside a carcass. The carcass with windings and the core are knitted in one production cycle.

Tekstylny układ dopasowania impedancji anteny tekstylnej, złożony z połączonych ze sobą, szeregowo lub równolegle, cewki magnetycznej oraz kondensatora, którego cewka zawiera uzwojenie z materiału tekstylnego elektroprzewodzącego lub atramentu elektroprzewodzącego oraz rdzeń z nieprzewodzącego prądu materiału tekstylnego magnetycznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że cewkę układu stanowi cewka pakietowa, której każdy ze zwojów jest wykonany na powierzchni odrębnej warstwy materiału tekstylnego stanowiącego rdzeń i warstwy rdzenia są ze sobą połączone. Zwoje uzwojenia są połączone ze sobą elektrycznie, początek i koniec uzwojenia są wyposażone w zaciski do podłączenia nadajnika sygnału. Nadto uzwojenie cewki posiada wyprowadzenia tekstylne do połączenia z kondensatorem. Ilość zwojów cewki zależy od zakładanych parametrów elektrycznych cewki. Kondensator układu zawiera okładki w postaci fragmentów wyrobu tekstylnego nieprzewodzącego prądu, na które są naniesione płaszczyzny przewodzące prąd i okładki kondensatora są rozdzielone warstwą dielektryka w postaci wyrobu tekstylnego nieprzewodzącego prądu. Nadto płaszczyzny przewodzące prąd kondensatora posiadają wyprowadzenia tekstylne do połączenia z anteną. Złączone ze sobą warstwy rdzenia cewki z materiału nieprzewodzącego prądu stanowią jednocześnie warstwę dielektryka rozdzielającego przymocowane do niego z obu jego stron okładki kondensatora z naniesionymi płaszczyznami przewodzącymi prąd i uzwojenie cewki jest połączone szeregowo, wyprowadzeniami tekstylnymi naniesionymi na wspólną warstwę nieprzewodzącą prądu cewki i kondensatora, z przewodzącymi prąd płaszczyznami kondensatora, lub też złączone ze sobą warstwy rdzenia cewki z materiału nieprzewodzącego prądu i warstwa dielektryka kondensatora stanowią odrębne warstwy i cewka jest połączona równolegle, wyprowadzeniami tekstylnymi, z przewodzącymi prąd płaszczyznami kondensatora. Zwoje cewki są wykonane z przędzy srebrnej lub stalowej lub z atramentu elektroprzewodzącego odpowiednio techniką haftowania, wyszywania lub techniką drukowania na warstwach rdzenia z włókniny magnetycznej lub taśmy z włókien magnetycznych. Warstwy rdzenia cewki zawierające zwoje są połączone ze sobą metodą sklejenia, zszywania lub za pomocą nitów. Płaszczyzny przewodzące prąd kondensatora są wykonane z przędzy srebrnej lub stalowej techniką haftowania, wyszywania lub dziania lub z atramentu elektroprzewodzącego techniką drukowania lub napylania na powierzchni okładek z wyrobu tekstylnego nieprzewodzącego prądu wykonanego z bawełny, poliestru lub materiału aramidowego. Okładki kondensatora są złączone z warstwą dielektryka w postaci wyrobu tekstylnego nieprzewodzącego prądu wykonanego z bawełny, poliestru lub materiału aramidowego metodą haftowania, wyszywania, klejenia lub drukowania. Wyprowadzenia tekstylne cewki i kondensatora połączonych równolegle stanowią nitki elektroprzewodzące. Wyprowadzenia tekstylne cewki i kondensatora połączonych szeregowo stanowią nitki elektroprzewodzące lub są wykonane z atramentu elektroprzewodzącego techniką drukowania na wspólnej warstwie nieprzewodzącej prądu cewki i kondensatora.A textile impedance matching system of a textile antenna, consisting of a magnetic coil connected to each other in series or in parallel, and a capacitor, the coil of which comprises a winding made of electrically conductive textile material or electroconductive ink and a core of non-conductive magnetic textile material, according to the invention the coil is characterized by of the system is a packet coil, each of the turns of which is made on the surface of a separate layer of the textile core, and the core layers are connected to each other. The winding turns are electrically connected to each other, the beginning and end of the winding are equipped with terminals for connecting the signal transmitter. Moreover, the coil winding has textile terminals for connection to the capacitor. The number of coil turns depends on the assumed electrical parameters of the coil. The capacitor of the system includes covers in the form of fragments of a non-conductive textile product, on which current-conducting surfaces are applied, and the capacitor covers are separated by a dielectric layer in the form of a non-conductive textile product. Moreover, the current-conducting planes of the capacitor have textile terminals for connection to the antenna. The interconnected layers of the core of the coil made of a non-conducting material are also a layer of separating dielectric attached to it on both sides of the capacitor cover with current-conducting planes and the coil winding is connected in series, with textile terminals placed on a common non-conducting layer of the coil and capacitor, with conductive current through the capacitor planes, or the interconnected layers of the coil core of a non-conductive material and the capacitor dielectric layer constitute separate layers and the coil is connected in parallel, via textile leads, to the conductive planes of the capacitor. The coil turns are made of silver or steel yarn or electroconductive ink by embroidering, embroidering or by printing, respectively, on layers of a magnetic fleece core or magnetic fiber tape. The coil core layers containing the turns are connected to each other by gluing, sewing or riveting. The capacitor's conductive surfaces are made of silver or steel yarns by embroidery, embroidery or knitting techniques, or of electroconductive ink by printing or sputtering on the surface of the covers made of a non-conductive textile product made of cotton, polyester or aramid material. The capacitor covers are bonded to the dielectric layer in the form of a non-conductive textile made of cotton, polyester or aramid material by embroidery, embroidery, gluing or printing. The textile terminals of the coil and capacitor connected in parallel are electrically conductive threads. The textile terminals of the coil and capacitor connected in series are electrically conductive threads or are made of electrically conductive ink by printing on a common layer of the non-conducting coil and capacitor.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia cewkę układu dopasowania w widoku perspektywicznym, fig. 2 - kondensator układu dopasowania w widoku perspektywicznym, zaś fig. 3 - cewkę i kondensator układu dopasowania wykonane na wspólnej warstwie materiału nieprzewodzącego prądu, w rzucie płaskim.The subject of the invention is shown in the embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the matching circuit coil in perspective view, Fig. 2 - a matching circuit capacitor in a perspective view, and Fig. 3 - matching circuit coil and capacitor made on a common layer of non-conductive material. in a flat projection.

Cewka pakietowa układu dopasowania (fig. 1 rysunku) zawiera uzwojenie wykonane z przędzy srebrnej lub stalowej lub z atramentu elektroprzewodzącego, którego każdy ze zwojów 1 jest wykonany odpowiednio techniką haftowania, wyszywania lub techniką drukowania na powierzchni odrębnej warstwy rdzenia 2 z włókniny magnetycznej lub taśmy z włókien magnetycznych. Warstwy rdzenia 2 cewki zawierające zwoje 1 są połączone ze sobą metodą sklejenia, zszywania lub za pomoc nitów. Zwoje 1 są połączone ze sobą elektrycznie. Początek i koniec uzwojenia są wyposażone w zaciski 3 do podłączenia nadajnika sygnału. Ilość zwojów cewki zależy od wymaganych parametrów elektrycznych cewki.The package coil of the matching system (Fig. 1 of the drawing) comprises a winding made of silver or steel yarn or of electrically conductive ink, each of the turns 1 of which is respectively made by embroidering, embroidering or by printing on the surface of a separate core layer 2 made of magnetic fleece or a tape made of magnetic fibers. The core layers 2 of the coil comprising the turns 1 are connected to each other by gluing, sewing or riveting. The turns 1 are electrically connected to each other. The beginning and end of the winding are equipped with 3 terminals for connecting a signal transmitter. The number of coil turns depends on the required electrical parameters of the coil.

Kondensator układu (fig. 2 rysunku) zawiera okładki 4 w postaci fragmentów wyrobu tekstylnego nieprzewodzącego prądu z bawełny, poliestru, lub materiału aramidowego, na które są naniesione płaszczyzny 5 przewodzące prąd wykonane z przędzy srebrnej lub stalowej techniką haftowania, wyszywania lub dziania lub z atramentu elektroprzewodzącego techniką drukowania lub napylania na powierzchni okładek 4.The capacitor of the system (Fig. 2 of the figure) includes covers 4 in the form of fragments of a non-conductive textile product made of cotton, polyester or aramid material, on which current-conducting surfaces 5 made of silver or steel yarn by means of embroidery, embroidering or knitting or of ink are applied electrically conductive by printing or sputtering on the surface of the covers 4.

Okładki 4 kondensatora są rozdzielone warstwą dielektryka 6 w postaci wyrobu tekstylnego nieprzewodzącego prądu wykonanego z bawełny, poliestru lub materiału aramidowego i są połączone z warstwą dielektryka 6 metodą haftowania, wyszywania, klejenia lub drukowania.The capacitor covers 4 are separated by a dielectric layer 6 in the form of a non-conductive textile product made of cotton, polyester or aramid material, and are connected to the dielectric layer 6 by embroidering, embroidering, gluing or printing.

PL 231 056 B1PL 231 056 B1

Cewka i kondensator są połączone ze sobą tak (fig. 3 rysunku), że złączone ze sobą warstwy rdzenia 2 cewki stanowią jednocześnie warstwę dielektryka 6 rozdzielającego przymocowane do niego z obu jego stron okładki 4 kondensatora z naniesionymi płaszczyznami 5 przewodzącymi prąd. Uzwojenie cewki jest połączone z przewodzącymi prąd płaszczyznami 5 kondensatora szeregowo, wyprowadzeniami tekstylnymi 7 z nitki elektroprzewodzącej lub wykonanymi z atramentu elektroprzewodzącego techniką drukowania na wspólnej warstwie nieprzewodzącej prądu cewki i kondensatora. Płaszczyzny przewodzące prąd 5 kondensatora posiadają wyprowadzenia tekstylne 8 do połączenia z anteną, wykonane z nitki elektroprzewodzącej lub z atramentu elektroprzewodzącego techniką drukowania na wspólnej warstwie nieprzewodzącej prądu cewki i kondensatora.The coil and the capacitor are connected to each other (Fig. 3 of the drawing) so that the interconnected layers of the core 2 of the coil constitute a dielectric layer 6 separating the capacitor cover 4 attached to it on both sides of it, with current-conducting planes 5 applied. The coil winding is connected to the current-conducting planes 5 of the capacitor in series, textile leads 7 made of electrically conductive thread or made of electrically conductive ink by printing on a common layer of the non-conducting coil and capacitor. The current-conducting planes 5 of the capacitor have textile leads 8 for connection to the antenna, made of an electrically conductive thread or of electrically conductive ink by printing on a common non-conducting layer of the coil and the capacitor.

Claims

Patent claims

1.A textile impedance matching system of a textile antenna, consisting of a magnetic coil connected to each other, in series or parallel, and a capacitor, the coil of which comprises a winding made of electrically conductive textile material or electroconductive ink and a core of non-conducting magnetic textile material, characterized in that the coil of the circuit is a packet coil, each of the turns (1) of which is made on the surface of a separate layer of the textile material constituting the core (2) and the core layers (2) are connected to each other, and the turns (1) of the winding are electrically connected, moreover, the beginning and the end of the winding (1) is equipped with terminals (3) for connecting a signal transmitter, in addition, the coil winding has textile terminals (7) for connection with a capacitor, while the circuit capacitor includes covers (4) in the form of fragments of a non-conductive textile product for which they are plotted surfaces (5) conducting current and covers (4) condenium sator are separated by a dielectric layer (6) in the form of a non-conductive textile product, in addition, the current-conducting planes (5) of the capacitor have textile terminals (8) for connection to the antenna, while the core layers (2) of the non-conductive material connected to each other constitute at the same time, the separating dielectric layer (6) is attached to it on both sides of the capacitor's cover (4) with current-conducting planes (5) and the coil winding is connected in series, with textile terminals (7) applied to the common non-conducting layer of the coil and the capacitor, the current-conducting planes (5) of the capacitor or the interconnected core layers (2) of the coil made of a non-conductive material and the capacitor's dielectric layer (6) constitute separate layers and the coil is connected in parallel, with textile terminals (7), to the planes (5) conductive capacitor.

2. A textile antenna impedance matching device according to claim 1. A method according to claim 1, characterized in that the turns (1) of the coil are made of silver or steel yarn or of an electrically conductive ink by embroidering, embroidering or by printing, respectively, on the layers of the core (2) made of magnetic non-woven fabric or magnetic fiber tape.

3. A textile antenna impedance matching device according to claim 1. A coil as claimed in claim 1, characterized in that the layers of the core (2) of the coil containing the turns (1) are connected to each other by gluing, sewing or riveting.

4. A textile antenna impedance matching device according to claim 1. A method according to claim 1, characterized in that the current-conducting plane (5) of the capacitor is made of silver or steel yarn by embroidering, embroidering or knitting technique, or of electroconductive ink by printing or sputtering the surface of the covers (4) from a non-conductive textile product made of cotton, polyester or aramid material.

5. A textile antenna impedance matching device according to claim 1. The method of claim 1, characterized in that the capacitor covers (4) are bonded to the dielectric layer (6) of a non-conductive textile product made of cotton, polyester or aramid material by embroidering, embroidering, gluing or printing.

PL 231 056 Β1

6. A textile antenna impedance matching device according to claim 1. The method of claim 1, characterized in that the textile terminals (7) of the coil and the textile terminals (8) of the capacitor connected in parallel are electrically conductive threads.

7. A textile antenna impedance matching device according to claim 1. The method of claim 1, characterized in that the textile leads (7) of the coil and the textile leads (8) of the capacitor connected in series are electrically conductive threads or are made of electrically conductive ink by printing on a common layer of the non-conducting coil and capacitor.