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一种宽带高隔离度双极化柔性微带天线

硅谷 2013年第9期 29-30页

作者：詹珍贤华东电子工程研究所

设计了一种P波段宽频带高隔离度双极化柔性微带天线的。天线各层均采用柔性薄膜材料制作,相邻层间为空气层,因此天线整体为柔性可折叠展开。仿真结果表明,该天线单元的阻抗带宽大于30%,极化端口隔离度大于42dB。

关键词：微带天线柔性天线双极化隔离度

变频电机绝缘系统局部放电检测柔性传感器设计

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高电压技术 2023年第11期49卷 4798-4807页

作者：马世金王鹏朱英伟程驰宙赵文焕四川大学电气工程学院成都610065

在利用特高频(ultra high frequency,UHF)传感器对电机绝缘系统进行局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测试时,现有的UHF传感器多为体积较大的刚性基底天线,测试位置的限制性较大。设计了一款可贴附在电... 详细信息

在利用特高频(ultra high frequency,UHF)传感器对电机绝缘系统进行局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测试时,现有的UHF传感器多为体积较大的刚性基底天线,测试位置的限制性较大。设计了一款可贴附在电机定子的柔性窄带天线,通过灵活改变测试位置实现更为准确的电机定子绝缘系统PDIV测试。设计天线总厚度为0.16 mm,尺寸为90 mm×100 mm。通过仿真与实测分析发现,天线弯曲曲率半径从1.5916 mm到11 cm变化时,谐振频点右移,其实际工作频带至少在0.7~1.2 GHz之间。搭建电机定子绝缘局部放电(partial discharge,PD)检测平台进行天线性能分析,实验表明相较于外置型阿基米德螺旋天线(Archimedean spiral antenna,ASA),内置柔性天线灵敏度较高,近场接收到的PDIV信号幅值至少为外置天线的100倍,PD频域分布在0.2~1.1 GHz之间。实验发现,柔性天线不同贴附位置检测灵敏度由高到低排序依次为:电机端部,内壁,外壁;将柔性天线贴附于电机外壁,可以在避免破坏电机结构的同时检测到电机离线实验或在线运行时绝缘产生的PD信号。

关键词：变频电机绝缘系统局部放电重复方波脉冲电压柔性天线

基于人工表面等离激元和基片集成波导的平面端射天线研究与设计

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基于人工表面等离激元和基片集成波导的平面端射天线研究与设计

作者：符青峰南京邮电大学

学位级别：硕士

周期性结构在天线设计中具有广泛的应用。人工表面等离激元(SSPPs)作为一种具有较强场束缚性的周期结构,因其丰富的色散关系及共形传输能力,在行波天线和柔性天线的设计中具有较强优势。本文基于SSPPs和基片集成波导(SIW)的相关理论,对... 详细信息

周期性结构在天线设计中具有广泛的应用。人工表面等离激元(SSPPs)作为一种具有较强场束缚性的周期结构,因其丰富的色散关系及共形传输能力,在行波天线和柔性天线的设计中具有较强优势。本文基于SSPPs和基片集成波导(SIW)的相关理论,对基于SSPPs的行波端射天线和基于SIW的平面端射圆极化天线进行研究,设计了奇模SSPPs端射天线、柔性毫米波端射天线和平面端射圆极化天线。(1)对基于SSPPs的端射天线设计原理进行了研究,分析推导了SSPPs天线实现端射辐射所需的条件。首先,对于非对称型SSPPs端射天线,通过等效SSPPs两侧的电场确定它实现端射时SSPPs单元个数需要满足的条件;对于对称型SSPPs天线,首先确定了差分馈电是实现端射的前提,然后利用Hansen-Woodyard条件确立该天线达到最大端射方向性系数所需SSPPs的单元个数。(2)设计了一个基于奇模模式SSPPs的端射天线。通过对一对对称的SSPPs传输线进行差分馈电激发起奇模模式SSPPs,利用最大端射方向性系数的条件确定了SSPPs单元数,通过在末端引入一段渐变SSPPs结构获得了更好的天线与自由空间的波矢匹配,提升了天线的辐射效率。所设计的SSPPs天线在9 GHz到11 GHz的宽频段范围内实现了良好的端射辐射效果,带内平均增益达11.5 d Bi,实验实测结果与仿真结果一致。该天线具有小尺寸、高增益、高口径效率、宽带宽和定向性好等优势。(3)设计了一个基于SSPPs的柔性毫米波端射天线。利用SSPPs强场束缚性的本征特性,在超薄基板上验证了柔性天线的实现。为了实现端射辐射,通过一个差分馈电结构对对称的SSPPs传输线进行馈电,使SSPPs两侧的切向电场同相并在端射方向进行叠加,从而实现较强的端射辐射。最终,所设计的天线在工作于30 GHz到50 GHz,平面状态下频带内的平均增益为14.9 d Bi,当天线的弯曲角度从0°增大到30°时,该天线的阻抗特性与回波损耗保持不变,其增益的变化量稳定在2.7 d Bi以内,实测结果与仿真结果吻合良好,表明该天线具有较好的柔性特征,在未来的柔性电路中具有较强的应用潜力。(4)为了解决端射圆极化天线尺寸较大的问题,设计了一个紧凑的平面端射圆极化天线。通过在SIW上下壁周期性刻蚀对称的矩形槽设计提供垂直极化辐射分量,同时在其末端加载一段Vivaldi天线提供水平极化辐射分量,然后调整两个正交极化的辐射效率以保证两者辐射的能量大小相等,同时调整两者之间的距离以使两者相位差接近90°,最终实现了一个工作于24.4 GHz到25.8 GHz的平面端射圆极化天线,其带内平均增益为10.1 d Bi。该天线具有窄波束、高增益、宽带宽和小口径等特点。

关键词：人工表面等离激元(SSPPs) 端射天线差分馈电结构基片集成波导(SIW) 平面端射圆极化天线柔性天线高增益小口径

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新型共面波导馈电柔性缝隙型可植入天线研究

青岛大学学报（工程技术版） 2019年第3期34卷 74-78页

作者：丁宇星李鹏薛鹏飞常劭龙宗卫华青岛大学电子信息学院

为了减轻无线植入设备中植入天线所引起的不适性,本文提出了一种新型共面波导(coplanar waveguide,CPW)馈电的缝隙型可植入天线,天线衬底为20μm厚聚酰亚胺柔性材料。采用电磁仿真软件对天线进行优化设计,得到天线尺寸为11 mm×13 mm,... 详细信息

为了减轻无线植入设备中植入天线所引起的不适性,本文提出了一种新型共面波导(coplanar waveguide,CPW)馈电的缝隙型可植入天线,天线衬底为20μm厚聚酰亚胺柔性材料。采用电磁仿真软件对天线进行优化设计,得到天线尺寸为11 mm×13 mm,天线在肌肉中的带宽为1.77~2.94 GHz,最大增益为-22.7 dBi。同时,分析了天线带宽随着人体模型尺寸、绝缘膜厚度、空气缝隙厚度以及不同人体组织中的的变化规律,并在尺寸为50 mm×50 mm×50 mm的填充肌肉人体模型中进行仿真。仿真结果表明,天线在肌肉、皮肤、小肠、胃等多种人体组织中均保持宽带特性,可以覆盖工业、科学和医疗(industrial,scientific and medical,ISM)频段,而且具有体积小、质量轻、带宽宽的特性。该研究在植入医疗设备中具有较好的应用价值。

关键词：植入式天线 ISM频段带宽共面波导柔性天线人体组织

一种2.4 GHz新型紧凑型柔性低剖面可穿戴天线

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青岛大学学报（工程技术版） 2020年第3期35卷 33-36页

作者：张莹陈娅莉宗卫华青岛大学电子信息学院山东青岛266071

可穿戴天线是集成在衣物表面或贴附在人体表面的天线,不能影响佩戴者的日常生活,因此为缩小天线尺寸,降低天线剖面,更好的适应人体,本文设计了一款结构简单、易于加工、重量轻、尺寸小、低剖面、低沉本的可用于人体穿戴的低剖面小型化... 详细信息

可穿戴天线是集成在衣物表面或贴附在人体表面的天线,不能影响佩戴者的日常生活,因此为缩小天线尺寸,降低天线剖面,更好的适应人体,本文设计了一款结构简单、易于加工、重量轻、尺寸小、低剖面、低沉本的可用于人体穿戴的低剖面小型化穿戴天线。本文选用相对介电常数为3.5,厚度仅有70μm的聚酰亚胺柔性基板,采用半共面波导(coplanar waveguide,CPW)的馈电方式来设计工作在2.4 GHz工业科学医学频段(industrial scientific medical band,ISM)的可穿戴天线。该天线具有18.15 mm×26.4 mm的紧凑尺寸,天线在人体表面的仿真带宽为1.22~2.6 GHz,较好的满足ISM 2.4 GHz(2.42~2.4848 GHz)医学频段的要求,实现了天线的小型化。本文提出的设计方法为减小穿戴天线尺寸提供了解决方法。

关键词：穿戴天线柔性天线 ISM频段低剖面半共面波导小型化

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一种串联馈电式超宽带天线阵列研究

青岛大学学报（工程技术版） 2023年第1期38卷 56-60页

作者：隋耀宗宗卫华刘广睿李坤青岛大学电子信息学院山东青岛266071

为了实现高效辐射性能,本文对一种串联馈电式超宽带天线阵列进行研究设计。该阵列天线以0.02 mm厚的柔性聚酰亚胺为衬底材料,由3个超宽带单元天线和1个金属反射板构成。天线单元含有缝隙结构,通过串联方式进行连接,并采用共面波导馈电... 详细信息

为了实现高效辐射性能,本文对一种串联馈电式超宽带天线阵列进行研究设计。该阵列天线以0.02 mm厚的柔性聚酰亚胺为衬底材料,由3个超宽带单元天线和1个金属反射板构成。天线单元含有缝隙结构,通过串联方式进行连接,并采用共面波导馈电获得超宽带特性,天线下方放置金属反射板,以获得定向辐射特性。同时,采用电磁仿真软件高频结构仿真器(high frequency structure simulator,HFSS)对所设计的天线阵列进行建模仿真和设计分析。仿真结果表明,天线阵列的仿真带宽为3.02~12.05 GHz,测试带宽为2.92~12.35 GHz,覆盖超宽带3.1~10.6 GHz频段。天线在工作频段内保持良好的方向性,在8.5 GHz时,获得最大测试增益为8.6 dB,仿真增益为10.8 dB,说明天线带宽与方向图增益等性能均与仿真结果相吻合。本文设计的天线面积为121 mm×55 mm,天线与放射板间距为23 mm,具有高增益、尺寸小、质量轻等性能,适用于小型超宽带终端设备。该研究为柔性超宽带频段的阵列设计提供了理论基础。

关键词：天线阵列超宽带定向辐射低剖面柔性天线

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基于液态金属多功能织物制备及性能研究

基于液态金属多功能织物制备及性能研究

作者：王俊盛武汉纺织大学

学位级别：硕士

随着科技的快速发展,液态金属因其具有高强度、高硬度、高导热性、散热快、优异的导电性、生物相容性和生物可降解性等众多优点,正为电子信息、国防军工、生物医疗、柔性机器人等高新技术领域的发展带来颠覆性变革,催生出一系列战略性... 详细信息

随着科技的快速发展,液态金属因其具有高强度、高硬度、高导热性、散热快、优异的导电性、生物相容性和生物可降解性等众多优点,正为电子信息、国防军工、生物医疗、柔性机器人等高新技术领域的发展带来颠覆性变革,催生出一系列战略性新兴产业。但是因其液态金属具有高表面张力和常温易渗出等缺点难以固着在织物表面,导致与织物的结合牢度差。除此之外,常温状态下,液态金属易于空气中的氧气发生化学反应,在表面产生氧化层,降低其导电性能。因此我们采用多层喷涂和机械压缩相结合、模板印刷和湿法纺丝等方法制备了具有电磁屏蔽、导热散热、柔性天线、应变传感和热管理等多种功能的液态金属织物,并进行了相关的应用探索。主要工作内容如下:(1)本文通过简单的多层喷涂和机械压缩相结合的方式制备了具有优异散热性能的液态金属(LM)和碳纳米管(CNT)电磁干扰屏蔽织物。碳纳米管的存在起到了防止LM氧化的封装作用。有趣的是,LM在机械压力的作用下浸渍到纱线中,不仅填补了纤维间的空隙,还形成了一个高导电性的LM饼状网络。CF/LM/CNT具有极高的导电性,仅在20μm厚度时,EMI SE就达到68 d B。此外,还对LM/CNT涂层织物的散热隔热性能进行了研究。最后,利用CF/LM/CNT回收LM和CNT,解决了电子垃圾的回收问题。本工作为开发可回收电磁屏蔽材料提供了新的策略。(2)通过模板印刷的方法在织物基底上制造一个柔性天线和可穿戴传感器的液态金属电路。弹性织物上的液态金属电路的断开可以通过按压或加热来修复,构造的并联液态金属电路可以用氢氧化钠溶液去除。此外,液态金属电路被设计为热管理系统的智能压力开关,通过调节所施加的压力,温度精确可控。液态金属电路被进一步设计为一种灵活的近场通信(NFC)天线,被应用于柔性校园水卡和儿童防走失方面。确定NFC标签的最大弯曲角和有效距离分别为150°和17.8 mm。此外,所制备的液态金属基织物传感器可以实时准确地检测人体运动,在柔性可穿戴电子产品领域显示出巨大的潜力。(3)在这里,我们将LM和CNT作为填充材料结合在Ecoflex的基质中(LCEF)。液态金属作为一种易氧化、易腐蚀和易流动的材料,当被引入纺织品中时,可能会导致不稳定和不可重复的结果。混合液态金属和Ecoflex基质可以避免LM泄漏,同时为基于LM的传感器提供极高的耐腐蚀性、耐久性和可清洗性。此外,LM、CNT和Ecoflex的混合物可以大规模连续均匀地湿法纺丝。由于其液态性质,液态金属具有优异的变形能力。当其与高纵横比的碳纳米管耦合时,制备的应变传感器具有高灵敏度、良好的稳定性和快速的信号响应。为了证明制造的柔性纱线作为可穿戴传感器的实际应用,我们将LCEF应变传感器集成到可穿戴传感器中,并成功检测到人体的细微运动(如呼吸、脉搏和心跳活动)和大运动(如关节弯曲)。此外,LCEF织物作为大面积柔性加热器表现出有效的电热响应。该方法简单、可控,适合大规模生产,为液态金属在智能穿戴纺织品中的应用提供了新的策略。

关键词：液态金属多功能织物电磁屏蔽柔性天线可穿戴传感

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穿戴式混合能量采集系统的优化设计

穿戴式混合能量采集系统的优化设计

作者：李德杰电子科技大学

学位级别：硕士

近年来,能源短缺的问题日益凸显,如何将人类日常生活中接触到的绿色能量充分转化利用的问题逐渐成为人们关注的焦点。在智慧城市和智能家居、无线传感器网络等一系列能够自我供能的穿戴式电子设备的不断发展过程中,采用常规的电池供电... 详细信息

近年来,能源短缺的问题日益凸显,如何将人类日常生活中接触到的绿色能量充分转化利用的问题逐渐成为人们关注的焦点。在智慧城市和智能家居、无线传感器网络等一系列能够自我供能的穿戴式电子设备的不断发展过程中,采用常规的电池供电时可能需要定期更换。因此,本文设计了一个穿戴式混合能量采集系统,通过采集人体与环境交互过程中出现的压电能、射频能、太阳能、热能等能量,来给上述穿戴式设备提供低成本、可持续的能量。首先,本文设计并制作了四种能量采集装置。在射频能量采集过程中,因为硬性介质基板材料无法满足穿戴式设备的应用环境需求,所以采用柔性的PDMS材料来优化天线。本文设计了基于UMTS/2100(2.1GHz)、TDD-4G/LTE频段(2.3GHz)双频段的接收天线。由于PDMS材料表面与金属的附着性差,因此还对其表面进行化学改性,柔性天线的制作工艺采用丝网印刷。所制造的双频柔性天线未变形时,在2.1GHz频点处回波损耗S值为-21.2d B,2.3GHz处S值为-10.4d B,天线在测试形变下始终能有效工作。另外,本文针对压电结构进行了仿真优化,并为其设计了保护装置,用以防止材料过度形变而损坏。压电采集模块在测试环境中输出电压能维持在3.5V,带载输出电压达到1.5V左右。此外,本文还选择了一种柔性的太阳能薄膜电池和温差片用于太阳能和热电能的采集,并为其设计了相应的外设电路。然后,本文设计了柔性天线所需的整流电路和相关的电源管理模块,通过对比不同整流电路拓扑结构的仿真结果,最终选择了输出性能更好的单管串联整流电路拓扑结构。最终的优化结果显示,所涉及的整流电路在双频点处,在-10d Bm输入功率下,效率分别为36.4%和34.6%。此外,分别为各项输入能量通路选取了合适的能源管理芯片,设计了相应的结构电路,在硬件电路基础上配套实现了软件流程控制来保证系统的持续输出。最后,本文结合穿戴式设备的特性和适用场景,完成了混合能量采集系统的穿戴式布局,该系统各个独立模块具有统一的接口,便于用户对产品的拆卸和安装,另外还进行了系统独立模块的性能测试和综合测试,测试结果表明,混合能量采集系统较单输入能量输入系统具有更好的环境适应能力和较高的输出性能。

关键词：穿戴式混合能量采集柔性天线压电结构优化

带有电磁带隙的5边分形多频可穿戴天线的研究

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南开大学学报（自然科学版） 2021年第1期54卷 85-88页

作者：段雅琼金杰天津大学电子信息工程学院天津市300072

为实现天线的柔性可穿戴和多频特性,采用毛毡作为介质基板,引入Durer 5边分形天线结构和电磁带隙(EBG)结构,采用锥形微带作为馈电,并利用全波电磁仿真软件HFSS建模仿真和参数优化,天线在3.56、3.76、4.67、5.62、6.6、7.89、9.90 GHz处... 详细信息

为实现天线的柔性可穿戴和多频特性,采用毛毡作为介质基板,引入Durer 5边分形天线结构和电磁带隙(EBG)结构,采用锥形微带作为馈电,并利用全波电磁仿真软件HFSS建模仿真和参数优化,天线在3.56、3.76、4.67、5.62、6.6、7.89、9.90 GHz处的回波损耗值都低于-10 dB.此外,通过建模对天线在靠近人体模型和发生形变时的工作特性对比分析,验证了天线在靠近人体以及弯曲情况下的稳定性.证明该天线实现了可穿戴性和多频特性.

关键词：电磁带隙 5边分形天线多频天线柔性天线