一种共面波导馈电的2.45GHz柔性可穿戴天线的制作方法_2

文档序号:9599593阅读:来源:国知局
XY平面增益方向图;
[0033] 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;
[0034] 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;
[0035] 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轴弯曲不意图;
[0036] 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Sn仿真结果;
[0037] 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;
[0038] 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;
[0039] 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;
[0040] 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;
[0041] 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;
[0042] 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;
[0043] 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;
[0044] 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;
[0045] 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】
[0046] 实施例1
[0047] 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;
[0048] 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。
[0049] 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;
[0050] 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;
[0051] 在所述"T"形辐射贴片1的"一"部分的底边上、位于" | "部分的两侧对称开设 有两"I"形缝隙;在所述"T"形辐射贴片1的"一"部分上开设有开口朝向"一"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"Γ部分中心线共线;两"Γ形 缝隙和"E"形缝隙呈叉指结构。
[0052] 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:
[0053] 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Sn〈-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。
[0054] 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:
[0055] 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 福射贴片1的" 一"部分长16. 6mm、宽17. 2mm," | "部分长12mm,宽5. 5mm;
[0056] "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"一"部分的底边的距离为2mm;两"Γ形缝隙长4mm、宽1mm,两"Γ形缝 隙相邻边的间距为8. 5mm。
[0057] 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Sn值约-36dB,如图5所示。
[0058] 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ml中标记),达到较好的匹配效果。
[0059] 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ANSYS HFSS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Sn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Sn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。
[0060] 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(Sylgai-f184,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。
[0061] 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)MakerB〇tR印licator3D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。
[0062] 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
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1