【摘要】：近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的崛起帶動(dòng)了可穿戴領(lǐng)域快速發(fā)展,體域網(wǎng)的出現(xiàn)對(duì)可穿戴設(shè)備提出了新需求:在生物醫(yī)療應(yīng)用中要求可穿戴設(shè)備能夠緊密貼合在人體的皮膚表面,這就要求可穿戴設(shè)備的通信天線也同時(shí)具有可延展可彎曲柔性。傳統(tǒng)的板載天線通常使用PCB板作為基底,不具有柔性,難以直接應(yīng)用在柔性可穿戴領(lǐng)域,因此設(shè)計(jì)具有可延展柔性的天線成為新的研究熱點(diǎn)。針對(duì)可穿戴領(lǐng)域?qū)θ嵝蕴炀�的需求,本文從傳統(tǒng)藍(lán)牙天線的結(jié)構(gòu)出發(fā),將傳統(tǒng)天線的PCB基底換成柔性PDMS襯底,仿真分析了五種常見的藍(lán)牙天線結(jié)構(gòu)在受到外力拉伸時(shí)天線性能的變化。仿真結(jié)果表明,具有直線形走線的天線在受到外力拉伸時(shí),在平行輻射臂方向上的拉伸形變對(duì)天線的性能影響較大;而具有曲流形結(jié)構(gòu)的天線,無(wú)論是直角走線還是圓弧走線的形式,在拉伸條件下都表現(xiàn)出工作帶寬的穩(wěn)定性,其中直角走線的天線在拉伸過(guò)程中還體現(xiàn)出中心頻率的振蕩特性。仿真結(jié)果也表明,傳統(tǒng)天線結(jié)構(gòu)在受到幅度小于10%的拉伸時(shí)天線工作頻帶移出藍(lán)牙頻段,因此無(wú)法通過(guò)替換柔性基底的方式直接應(yīng)用在柔性可穿戴領(lǐng)域,柔性可延展天線結(jié)構(gòu)需要重新優(yōu)化設(shè)計(jì)。在拉伸仿真得到的不同天線結(jié)構(gòu)可延展特性的基礎(chǔ)上,對(duì)傳統(tǒng)藍(lán)牙天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行柔性優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了兩款具有可延展柔性的藍(lán)牙天線結(jié)構(gòu),分別是可延展倒F天線和可延展柔性雙臂倒F天線,對(duì)兩款天線在平面內(nèi)X軸向和Y軸向上的可拉伸特性和空間內(nèi)的可彎曲特性進(jìn)行了仿真,分析了兩款天線在發(fā)生形變時(shí)的輻射特性的變化。在保證工作帶寬完全覆蓋藍(lán)牙頻段的條件下,對(duì)于設(shè)計(jì)的可延展倒F天線而言,天線在X軸向可拉伸20%,在Y軸向上可做到60%的拉伸,天線可以做到曲率半徑最小為8mm(極限值)的曲率彎曲;對(duì)于可延展柔性雙臂倒F天線而言,天線在X軸向可拉伸30%,可拉伸的幅度更大,但是在Y軸向上僅可做到20%的拉伸,同時(shí)可以做到曲率半徑最小為10mm(極限值)的曲率彎曲。由于基底采用了生物相容性較好的PDMS材料,所以設(shè)計(jì)的可延展天線可以貼合在人體表面,并能夠很好地適應(yīng)表面皮膚的拉伸和彎曲形變而保持性能的穩(wěn)定,可以應(yīng)用在可穿戴醫(yī)療、健康數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
【圖文】：

[6]。圖1.1 柔性可延展島橋結(jié)構(gòu)圖從該結(jié)構(gòu)可以看到，硅基半導(dǎo)體器件減薄后被放置在柔性高分子襯底材料表面，以分布的島的形式布局，相鄰硅基半導(dǎo)體器件之間通過(guò)具有柔性的互連線進(jìn)行電氣連接，硅基器件被劃分成多個(gè)小的島狀結(jié)構(gòu)以提高柔性、可延展性。柔性可延展無(wú)機(jī)電子技

測(cè)結(jié)果表明，天線在發(fā)生物理斷裂之前，，在 Y 方向上可以承受 20%的拉伸形變同時(shí)保證工作頻帶穩(wěn)定，而單獨(dú)對(duì)地平面的拉伸表明，地平面可以承受 30%的拉伸形變。圖1.2 具有分割地平面的倒 F 型天線該天線只是改進(jìn)了傳統(tǒng)倒 F 天線的地平面結(jié)構(gòu)，而天線輻射部分仍然采用了直線型走線，所以天線整體的可延展性受到限制，進(jìn)行的拉伸實(shí)驗(yàn)也僅限于垂直于輻射臂的 Y 方向上，X 方向的拉伸由于受直線型走線結(jié)構(gòu)的限制而難以進(jìn)行，延展性只存在于一個(gè)方向上，無(wú)法實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)多維度的可延展。1.2.2 新材料實(shí)現(xiàn)天線可延展天線結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)雖然可以讓天線具有一定的延展性，但是提升的幅度非常有限。隨著近年來(lái)材料技術(shù)的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)為可延展天線設(shè)計(jì)提供了更多的可能性。為了進(jìn)一步提高天線的可延展性
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN820

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2655086