一种可穿戴天线的加工方法与流程

本发明涉及一种可穿戴天线的加工方法，属于天线技术领域。

背景技术：

可穿戴天线由于其轻薄舒适、易共形、具有良好隐蔽性等诸多优点，而成为可穿戴设备的重要组成部分，在医疗、军事、消防、勘探、娱乐等诸多方面具有研究前景。

目前已加工的可穿戴天线的介质基材主要为毛毡、过胶尼龙等材质，在可穿戴的舒适性上具有一定的局限。在导电材料上，目前一般采用铜箔胶带或是导电织物作为可穿戴天线的导电层，首先两者与介质基材的粘结性较差，分别来看，铜箔胶带容易产生折痕而导致短路或开路，使得制成的可穿戴天线无法工作，导电织物的电导率较低，天线辐射效率将会较低。在加工方式上，常使用的剪制和粘贴方式，不仅有较大的操作误差会极大地影响天线性能，也不适合批量生产，导电喷雾加工虽然可以保证可穿戴天线的高精度加工，但是设备较为昂贵，技术尚未成熟。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的上述缺陷，为了实现轻薄舒适、高精度、低成本的可穿戴天线，提出了一种可穿戴天线的加工方法。本发明选用高分子聚合物作为可穿戴天线的介质基材，选用导电银浆作为可穿戴天线的导电材料，并通过丝网印刷加工技术实现，加工实现的可穿戴天线具有轻薄舒适、电学性能高、耐弯折、易加工、成本低、可重复性高的特点，可以广泛用于可穿戴天线的发射或接收应用场景。

本发明是通过以下技术方案实现的。

步骤一，选择介质基材。本发明选用具有轻薄性、高柔性、强粘接性、尺寸稳定性的高分子聚合物作为可穿戴天线的介质基材。作为最佳选择，高分子聚合物为涤棉混纺机织布料。

步骤二，选择导电材料。本发明选用具有高导电率、抗氧化性、良好的挠曲性和强附着力的导电材料。作为最佳选择，导电材料为导电银浆。

步骤三，进行天线设计。本发明选用常见的平面天线形式，采用的馈电方式包括微带线、共面波导、槽线、鳍状线。根据步骤一中所选择的介质基材和步骤二中选择的导电材料的电参数，使用电磁仿真软件对天线进行建模和仿真，采用参数扫描的方式对天线性能进行多次的仿真优化，最终确定天线的尺寸，得到天线图样。

步骤四，采用丝网印刷技术进行天线加工。具体流程为：

步骤4.1，根据步骤三中得到的天线图样设计丝网印刷的网板。

步骤4.2，使用激光切割机从步骤一选择的介质基材上裁取比所设计网板尺寸略大的承印物。

步骤4.3，使用丝网印刷机在承印物上印刷步骤二选择的导电材料。

步骤4.4，烘干固化印刷在承印物上的导电材料。

步骤4.5，使用激光切割机在烘干后的承印物上准确的切割出步骤三得到的天线图样，至此得到可穿戴天线。

对于具有双面图案的天线图样来说，如果在一块承印物上正反印刷，则承印物上的导电材料可能会互相渗透构成短路，从而影响天线性能。为防止导电材料的渗透，先将正反两面图案在两块大小相同的承印物上分别单独印刷，再在两块承印物之间加入一层tpu(thermoplasticpolyurethanes，热塑性聚氨酯弹性体橡胶)薄膜，通过热压技术使薄膜熔化从而将两块承印物粘合在一起。类似地，对于具有多层图案结构的可穿戴天线，将每一层图案分别印刷于一块承印物，再在相邻两块承印物之间加入tpu薄膜，通过热压技术将承印物粘合在一起，得到多层图案结构的可穿戴天线。

有益效果

本发明是采用导电银浆和柔性介质基材，通过丝网印刷技术实现了可穿戴天线的加工制作。采用该加工方法制作的可穿戴天线相比于其他已有的方式在穿着舒适性、耐弯折性能、粘接牢度、天线性能以及低成本大批量印刷上都具有明显优势，可以广泛用于可穿戴天线的发射或接收应用场景。

附图说明

图1是本发明优选实施例的二维结构示意图；

图2为采用本发明提出的加工方法得到的实施例测试样品；

图3为实施例的|s11|测试和仿真结果；

图4为实施例在2.45ghz下xoz平面内归一化方向图的测试和仿真结果；

图5为实施例在2.45ghz下yoz平面内归一化方向图的测试和仿真结果；

图6为实施例在5.8ghz下xoz平面内归一化方向图的测试和仿真结果；

图7为实施例在5.8ghz下yoz平面内归一化方向图的测试和仿真结果；

标号说明：l0—介质基材长边，w0—介质基材短边，lg—共面波导长,ws—共面波导信号线宽度，g—共面波导信号线和地之间的缝隙宽度，l—同心圆环的圆心与共面波导上边缘的距离，r1—圆环的外径，r2—圆环的内径，r3—圆形寄生贴片的半径。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例

本实施例中所选择的可穿戴天线形式为平面单极子天线形式。为了保证穿着的舒适性，本实施例采取涤棉混纺机织布料作为介质基材。经过测量，其等效相对介电常数为2.0，厚度为0.256mm。为了减小天线的焦耳损耗，本实施例采用高电导率的银浆作为导电材料。为了准确方便地实现可穿戴天线制作，本实施例采用共面波导作为可穿戴天线的馈电方式，使得整个可穿戴天线的图案只在单面印刷，所需涤棉混纺机织布料仅为一层。

将所选用的涤棉混纺机织布料的等效相对介电常数和厚度用于可穿戴天线的仿真建模。本实施例设计了一款工作在2.45ghz和5.8ghz的双频平面单极子天线。该天线的二维结构示意图如图1所示，对天线用ansyshfss进行了仿真优化后得到结构参数：可穿戴天线介质基材的长边l0为45mm，介质基材的短边w0为40mm。共面波导长lg为10mm,共面波导信号线宽ws为6mm，共面波导信号线和地之间的缝隙宽度g为1mm，同心圆环的圆心与共面波导上边缘的距离l为14.5mm，圆环的外径r1为11mm，圆环的内径r2为8mm，圆形寄生贴片的半径r3为5mm。接下来对所设计的可穿戴天线通过现代丝网印刷技术进行加工。首先，按天线图样设计制作网板。接着使用激光切割机裁取比所设计尺寸略大的涤棉混纺机织布料。然后使用丝网印刷机在所裁取的涤棉混纺机织布料上印刷导电银浆，再烘干固化导电银浆。最后使用激光切割机在丝印样品上准确的切割出所设计尺寸的天线部分。

为了确定该加工方法实现的可穿戴天线在性能表现上的优异性，特别地加工了样品进行测试，并与仿真结果进行对比。图2为采用本发明提出的加工方法得到的实施例测试样品。样品的涤棉混纺机织布料尺寸略大于天线设计尺寸，是为了将其固定在泡沫块上。图3为实施例的|s11|测试和仿真结果。从测试和仿真的结果来看，天线工作频率拟合较好。图4和图5是实施例在2.45ghz下xoz和yoz平面内归一化方向图的测试和仿真结果；图6和图7是实施例在2.45ghz下xoz和yoz平面内归一化方向图的测试和仿真结果。可以看出在可接受误差范围内，实施例的方向图测试结果和仿真结果拟合较好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡是在本发明权利要求范围内所作的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。