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2.45GHz柔性可穿戴织物天线的设计与研究

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东北师大学报（自然科学版） 2016年第4期48卷 88-91页

作者：许德成田小建郭小辉刘微吉林大学电子科学与工程学院吉林长春130012 吉林师范大学信息技术学院吉林四平136000 合肥工业大学电子科学与应用物理学院安徽合肥230009

基于柔性织物基体石墨烯/聚苯胺填充PDMS制备柔性导电复合材料,提出一种工作于2.45GHz的柔性织物天线,旨在提升人体中心通信系统中柔性天线的穿戴舒适性.阐述柔性织物天线的拓扑结构、制备流程及性能特点,通过尺寸优化可实现2.45GHz中... 详细信息

基于柔性织物基体石墨烯/聚苯胺填充PDMS制备柔性导电复合材料,提出一种工作于2.45GHz的柔性织物天线,旨在提升人体中心通信系统中柔性天线的穿戴舒适性.阐述柔性织物天线的拓扑结构、制备流程及性能特点,通过尺寸优化可实现2.45GHz中心频率处实测回波损耗为-22.6dB,-10dB带宽为165MHz,增益方向图与仿真结果保持良好的一致性,同时,建立的天线接近人体模型,研究了天线距人体组织不同位置处SAR值及辐射性能.提出的柔性织物天线及制备方法为可穿戴设备无线通信中柔性天线的设计提供了一种解决方案.

关键词：柔性天线织物天线石墨烯聚苯胺可穿戴

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基于基片集成波导的穿戴式织物天线研究

基于基片集成波导的穿戴式织物天线研究

作者：朱晓晴华南理工大学

学位级别：硕士

随着社会人口老龄化发展,以人体为中心的无线通信网络将在医疗领域得到广泛应用。可穿戴天线,是保障无线通信可靠和稳定的重要元件,具有非常重要的研究意义。由于人体的电特性,可穿戴天线设计具有一定的挑战性。基片集成波导(SIW)结构,... 详细信息

随着社会人口老龄化发展,以人体为中心的无线通信网络将在医疗领域得到广泛应用。可穿戴天线,是保障无线通信可靠和稳定的重要元件,具有非常重要的研究意义。由于人体的电特性,可穿戴天线设计具有一定的挑战性。基片集成波导(SIW)结构,由于其简单的结构和出色的电磁屏蔽性能,非常适用于穿戴式天线的设计。将SIW结构的天线集成在可穿戴纺织材料上,可以保持人体舒适度的同时提供高效稳定的性能。本论文由国家自然科学基金(No.61372008)、广东省科技计划(No.2014A010103014,No.2015B010101006)等项目资助,主要研究基于基片集成波导的穿戴式织物天线。本论文主要研究内容有:(1)应用于WBAN频段的宽频带SIW织物天线。这部分工作是针对目前已有的可穿戴SIW织物天线存在谐振模式单一,阻抗带宽窄的问题,提出了一款简单的宽频带SIW织物天线,应用于5-GHz无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)频段。该天线采用毛毡材料、导电织布和黄铜鸡眼等纺织材料制作而成,利用两个相近谐振频率的腔体之间的耦合,实现宽频带的阻抗带宽。天线的尺寸为42×42×2 mm,实测阻抗带宽为21.8%(5.06–6.26 GHz),带宽内的最高实测增益为6.0 d Bi,带宽内的实测平均辐射效率为54.5%。在无线通信中,由于安装空间有限,因此希望天线的尺寸尽可能地缩小。(2)四分之一SIW模式的紧凑型双频穿戴式织物天线。这部分工作主要是解决上一款天线尺寸较大的问题,提出了一种紧凑型双频SIW织物天线。利用SIW腔体电场分布的特性,经过对SIW全模谐振腔进行两次分隔,得到四分之一模式的SIW腔体,且电场分布保持不变,这大大减少了天线的尺寸。天线采用介电常数为1.2,损耗角正切为0.02的毛毡材料为介质,天线贴片的面积为36.8×36.8 mm。天线工作在3.5-GHz Wi MAX频段和5.8-GHz ISM频段,阻抗带宽分别3.4%(3.44–3.56 GHz)和3.5%(5.72–5.92 GHz)。两个频段可以根据天线的电场分布单独调节。天线的实测结果与仿真结果十分拟合,文中通过天线的演进过程分析天线工作原理,并研究了相关参数对天线性能的影响。(3)基于CRLH结构的紧凑型穿戴式SIW织物天线。SIW的四分之一模式虽然能有效减少天线的面积,可是所带来的影响是天线方向图的交叉极化比恶化。这一部分的工作提出了一款基于CRLH结构的SIW腔体缝隙天线。CRLH是一种超材料,通过在SIW腔体中刻蚀叉指缝隙结构实现。利用叉指缝隙结构引入了等效串联电容,SIW结构的金属化过孔引入等效并联电感,使天线具有CRLH结构的特性。CRLH零阶谐振的特性使天线工作在截止频率以下,实现天线的小型化设计。天线的尺寸为π×16×16×2 mm,工作在5.8-GHz ISM频段,天线的实测阻抗带宽为5.5%(5.62–5.94GHz),实测增益为4.6 d Bi,辐射效率为60.5%。本文设计了三款基于基片集成波导的穿戴式织物天线,为无线体域网的穿戴式天线设计提供技术解决方案。

关键词：无线体域网基片集成波导穿戴式天线织物天线小型化复合左右手结构

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面向智能衣物应用的柔性织物可穿戴天线研究

面向智能衣物应用的柔性织物可穿戴天线研究

作者：陈俞钧华南理工大学

学位级别：硕士

5G的到来和物联网的发展前景为穿戴式智能终端提供了新的动力和发展趋势。“万物相连”的理念要求可穿戴设备不局限于手机、手表、耳机等传统形式,应尽可能地集成于人们日常可穿戴物件中。作为此类无线设备的重要组成元件,可穿戴天线也... 详细信息

5G的到来和物联网的发展前景为穿戴式智能终端提供了新的动力和发展趋势。“万物相连”的理念要求可穿戴设备不局限于手机、手表、耳机等传统形式,应尽可能地集成于人们日常可穿戴物件中。作为此类无线设备的重要组成元件,可穿戴天线也需要具备便携、轻量、穿戴舒适等特性。将可穿戴天线与衣物集成一体化对实现无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN)应用及新型物联网可穿戴设备具有重要意义和价值。本论文由广东省科技计划(No.2015B010101006,No.2014A010103014,No.2017xm057)、国家自然科学基金(No.61372008)等项目资助,围绕柔性织物可穿戴天线设计展开了研究工作,主要有:(1)三频双模式肩章与手环式天线。该设计探究了利用短路枝节实现微带贴片天线额外的TM全向模式的设计方法,并对其调谐机理进行了分析。在此基础上,针对可穿戴肩章与手环具体穿戴应用场景,将贴片天线组成边射阵,并与一个终端短路微带天线紧凑结合,设计了一个多频多模式的天线,其能够覆盖2.45/5.8 GHz WBAN和3.5GHz Wi MAX三个频段,分别形成双向、定向、定向的线极化辐射。实验结果验证了仿真设计的合理性,通信链路和可穿戴分析表明天线适用于无线体域网应用。可穿戴天线实际工作环境复杂,天线的性能容易受到形变、人体姿势以及各种不确定因素影响,窄带天线在这种场景下可能会发生频偏,使得阻抗带宽不再覆盖所需频段。因此,本文提出了以下两种宽带可穿戴天线。(2)宽带圆极化可穿戴紧耦合阵列天线。针对目前已有的可穿戴圆极化天线大多带宽较窄的问题,探究了利用紧凑贴片阵列间的互耦效应扩展轴比带宽的方法。分析了不同布局下单元间的耦合效应,利用互耦效应产生了新的谐振模式,辅以旋转相位馈电网络,有效地提高了带宽。同时,考虑到传统微带线耦合的馈电方式与人体之间的相互影响较大,设计了一种改进型的带状线馈线,提高了耦合效率并降低了人体对天线的影响。该天线整体尺寸为40 mm×40 mm×4 mm(0.73λ×0.73λ×0.07λ),实测|S|天线在弯曲、形变等情况下,性能保持稳定,提供了很好的鲁棒性。此外,也研究了天线在室内环境的体外通信质量。人体上的可穿戴设备不仅要与体外的通信枢纽、基站通信,人体各部位节点之间也需要信息传递,即体表通信。为此,本文设计了一种能够满足体外通信和体表通信需求的可穿戴天线,并且在两种通信模式下天线都具有宽带特性。(3)双模式宽带超表面可穿戴天线。针对目前已有的双模可穿戴天线带宽窄,尤其是全向辐射模式的带宽难以提高的问题,提出了一种共用超表面辐射体的方向图可切换天线。一方面,该天线利用超表面加载的方法扩展了微带贴片天线的带宽,实现定向辐射;同时,由带状线馈电的一种贴片加载单极子天线与同一超表面结构的全向辐射模式共同作用,扩展了体表模式下的带宽。实验结果表明体外模式和体表模式下的阻抗带宽分别为35.7%(4.6–6.6 GHz)和31%(4.63–6.35 GHz),端口隔离度大于20 d B。本文将阵列技术和超表面结构应用于可穿戴天线设计,并给出了相应的设计指导,为圆极化和多模式可穿戴天线的实现提供了参考。

关键词：圆极化多模式织物天线可穿戴天线宽带无线体域网

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基于导电织物的柔性可拉伸天线设计

吉林大学学报（理学版） 2020年第6期58卷 1489-1493页

作者：许德成姜文龙宫明浩柴源王姝琦吉林师范大学信息技术学院吉林四平136000

基于柔性导电织物设计一种工作于2.45 GHz的柔性可拉伸天线,并研究不同拉伸应变对柔性织物天线性能的影响规律及辐射特性.仿真及实测结果表明,在中心频率2.45 GHz处,回波损耗的仿真与实测值分别为-40,-26 dB,仿真与实测增益方向图在中... 详细信息

基于柔性导电织物设计一种工作于2.45 GHz的柔性可拉伸天线,并研究不同拉伸应变对柔性织物天线性能的影响规律及辐射特性.仿真及实测结果表明,在中心频率2.45 GHz处,回波损耗的仿真与实测值分别为-40,-26 dB,仿真与实测增益方向图在中心频率处一致性良好.

关键词：柔性天线织物天线可拉伸导电织物

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银浆印刷的织物可穿戴天线研究

银浆印刷的织物可穿戴天线研究

作者：程功北京理工大学

学位级别：硕士

在当今中国人口老龄化问题不断加剧的严峻形势下,未来医疗保健资源将相对紧张,便携式生理监测系统使老年患者在家中就能得到及时的远程医疗帮助,因此可穿戴医疗设备的需求量将激增。可穿戴天线作为可穿戴设备的重要组成部分,其研究具有... 详细信息

在当今中国人口老龄化问题不断加剧的严峻形势下,未来医疗保健资源将相对紧张,便携式生理监测系统使老年患者在家中就能得到及时的远程医疗帮助,因此可穿戴医疗设备的需求量将激增。可穿戴天线作为可穿戴设备的重要组成部分,其研究具有重要意义和应用价值。除了生理监测等医疗方面的应用,可穿戴天线还在军事、消防、勘探、娱乐等诸多方面具有研究前景。本文针对织物可穿戴天线从选材、设计和测试方面开展了系统的研究。选材加工方面,选择涤棉混纺布料作为柔性介质基材,银浆作为导电材料,并采用先进的丝网印刷技术进行加工,实现了高精度、轻薄舒适的创新型织物天线。天线设计方面,围绕无线体域网应用中可穿戴天线与其他设备的互联,以2.45GHz作为天线的工作频率;在此基础上,考虑到通信系统多频传输的研究背景需求,完成了2.45/5.8 GHz的双频天线设计。同时为进一步提升天线性能,减小天线在人体表面工作时对人体一侧的辐射、提升天线正向增益,针对单频和双频天线分别设计了两种人工磁导体单元结构,并在最大程度上缩减了单元的尺寸,且加载人工磁导体后的天线整体厚度薄于1 mm。由于加载后天线带宽较窄,因此对工作频率较为敏感,但在谐振频率处,仍具备良好的辐射性能。实际测试方面,通过采用开口同轴探头法对涤棉混纺布料进行了相对介电常数的测量,为后续相关织物天线的设计提供了数据上的参考;通过使用PMI泡沫作为支撑,改造SMA接头,涂布导电银胶,解决了天线与同轴电缆之间的连接问题。本文所提出的可穿戴天线具备实际应用所需的良好的舒适性、安全性和轻便性等突出优点,同时兼具丝网印刷加工的精度高和成本较低的特点。该研究结果为优化并运用织物天线提供了思路,为进一步研制功能化的可穿戴器件奠定了研究基础。

关键词：可穿戴天线印刷天线织物天线人工磁导体

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刺绣型超高频织物电子标签的开发

丝绸 2020年第3期57卷 37-42页

作者：尹双瑶刘基宏聂凌峰江南大学纺织服装学院江苏无锡214122

为开发穿戴舒适、形式隐蔽、应用便捷的柔性电子标签,文章以70D/24F×3镀银导电纱为基材将标签天线绣制在纯棉机织物上,并与标签芯片封装制得刺绣型织物电子标签,进而研究各刺绣工艺参数对织物电子标签电阻和读取性能的影响。结果表明:... 详细信息

为开发穿戴舒适、形式隐蔽、应用便捷的柔性电子标签,文章以70D/24F×3镀银导电纱为基材将标签天线绣制在纯棉机织物上,并与标签芯片封装制得刺绣型织物电子标签,进而研究各刺绣工艺参数对织物电子标签电阻和读取性能的影响。结果表明:针迹类型、针迹间距、针迹长度等刺绣工艺参数分别通过改变导电纱与电流传输方向夹角、导电纱密度及落针点数量,影响织物电子标签性能。标签天线的适宜刺绣工艺参数为针迹间距0. 25~0. 40 mm、针迹长度2. 0~4. 0 mm的直线针,尤其当采用针迹间距0. 35 mm、针迹长度2. 0 mm的直线针时,织物电子标签读取距离最远可达7. 6 m。

关键词：射频识别超高频电子标签刺绣工艺织物天线可穿戴

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可穿戴天线的研究

可穿戴天线的研究

作者：徐凌电子科技大学

学位级别：硕士

移动通信技术的迅猛发展，给人们的生活带来了巨大的影响和便利。随着人们对生活质量提高的日益渴求，人体中心无线网络，这个名词逐渐进入了大家的视野。所谓的人体中心无线网络，就是以人体为中心来组建的一个无线网络，各个设备通过... 详细信息

移动通信技术的迅猛发展，给人们的生活带来了巨大的影响和便利。随着人们对生活质量提高的日益渴求，人体中心无线网络，这个名词逐渐进入了大家的视野。所谓的人体中心无线网络，就是以人体为中心来组建的一个无线网络，各个设备通过这个无线网络进行互联，为使用者提供某些功能和便利。同时为了不给使用者造成不便，这些设备一般而言都是分割开的功能模块，有的植入人体，有的则是可穿戴的。因此，人体中心无线网络的应用，必然会给医疗，军队装备，个人识别，导航，娱乐等行业带来不可思议的变化。如何实现人体中心无线网络的应用呢？经过调研我们发现，可穿戴天线是关键问题之一。各种设备要通过这个无线网络进行互联，那么信号的发送与接收是必不可少的，而天线的作用正是如此。但是由于人体中心无线网络的特殊性，使得一般形式的天线无法在这个领域很好地工作，因此对于可应用于人体中心无线网络中的可穿戴天线的研究，成了当务之急。本文首先介绍了可穿戴天线的相关研究背景和国内外研究现状。提出了几个重要的问题，同时决定本文的研究方向。接着，由于可穿戴天线工作于近人体区域，因此研究人体的电磁参数成为设计天线必不可少的一个环节。而需要了解人体的电磁参数，就必须掌握一般介质电磁参数的测量方法，本文第二章就介绍了一种一般介质电磁参数的测量方法。然后，在第三章中，我们对带有柔软基板的织物材料天线进行了研究。通过弯折天线的仿真和实物模型的不同部位，我们发现馈电部分的弯折对天线性能影响最大，这就指导了我们以后设计可穿戴天线时应该尽量避免馈电线部分的弯折。最后，为了减少可穿戴天线和人体电磁方面的相互作用，我们引进了电磁带隙结构。针对可穿戴天线的领域，我们选择了特殊的双频电磁带隙结构，通过仿真和测试结果的对比，可以明显看出电磁带隙结构对人体的保护作用，以及对天线性能的提升。

关键词：人体中心无线网络可穿戴天线电磁参数测量织物天线电磁带隙结构

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基于体域网的柔性天线设计及传感特性研究

基于体域网的柔性天线设计及传感特性研究

作者：解志诚合肥工业大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的不断发展,体域网作为第四代移动通信(4G)的一个重要组成部分逐渐成为新的研究热点。为了实现体域网通信,利用柔性电子技术设计柔性、可共形的新型天线,在医疗、军事、体育运动等领域有着广泛应用前景。本文对柔性可... 详细信息

随着无线通信技术的不断发展,体域网作为第四代移动通信(4G)的一个重要组成部分逐渐成为新的研究热点。为了实现体域网通信,利用柔性电子技术设计柔性、可共形的新型天线,在医疗、军事、体育运动等领域有着广泛应用前景。本文对柔性可穿戴天线展开研究,针对可穿戴天线弯曲及拉伸应变的不同需求,分别采用不同的制备工艺设计三种柔性可穿戴天线并对天线性能以及天线传感特性进行研究。深入研究体域网下柔性天线可穿戴化的设计理论及方法,分析面向人体组织的可穿戴天线的电磁传播特性以及所产生的辐射对人体的影响,基于人体电磁特性构建三层人体组织模型,仿真研究天线弯曲状态下性能参数的变化规律。探索了基于不同制备工艺的柔性天线设计方法,采用流体成型技术制备的PDMS柔性微带天线以及采用喷墨打印技术制备的PET柔性微带天线,对PDMS和PET天线导电特性进行表征,并进行天线回波损耗、方向图等性能参数测试,测试结果表明,柔性天线在中心频率2.45 GHz处获得回波损耗分别为-27.6 dB、-23.7dB,工作频带分别为2020-2770 MHz、1900-2690 MHz,同时,分别分析了两种柔性微带天线的弯曲敏感特性,研究表明两种柔性微带天线在满足ISM通信需求的同时,可利用微带天线中心频率的偏移实现弯曲度的检测。利用导电银织物设计了柔性可拉伸导电织物天线,分析不同拉伸应变下天线回波损耗的变化规律,实测表明,可拉伸织物天线可达到40%应变,可以利用织物天线的中心频率的偏移实现对天线拉伸量的测量。本文研究新型柔性可穿戴天线在无线通信系统设计中具有一定研究意义。

关键词：柔性天线可穿戴微带天线织物天线天线传感器

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可穿戴天线研究综述

信息通信技术 2018年第4期12卷 26-32,58页

作者：董雅儒李书芳洪卫军北京邮电大学北京100876

随着物联网应用迅速普及,可穿戴设备也在运动健康、娱乐休闲、医疗辅助等诸多领域得到了广泛的应用,除了初期的穿戴式形态,更多的附着式和植入式的可穿戴设备在不断地研发出来,这些新的可穿戴设备的研制很大程度上得益于小型化天线技术... 详细信息

随着物联网应用迅速普及,可穿戴设备也在运动健康、娱乐休闲、医疗辅助等诸多领域得到了广泛的应用,除了初期的穿戴式形态,更多的附着式和植入式的可穿戴设备在不断地研发出来,这些新的可穿戴设备的研制很大程度上得益于小型化天线技术的发展。文章论述可穿戴天线的不同实现方式和性能指标要求,对近几年国内外可穿戴天线的研究情况进行介绍,并对可穿戴天线的发展趋势进行分析。

关键词：可穿戴天线织物天线纽扣天线柔性天线比吸收率多频多模