發(fā)布時間：2018-04-21 08:36

  本文選題：柔性可穿戴天線 + 無線通信系統(tǒng)��； 參考：《吉林大學》2017年博士論文

【摘要】：隨著無線通信技術的不斷發(fā)展以及穿戴式智能終端的日益普及,體域網(wǎng)作為一種新型的網(wǎng)絡形式成為大家的研究熱點之一,具備智能、美觀、便攜及穿戴舒適性等特點的穿戴式電子產品備受廣大消費者的青睞。人體中心網(wǎng)絡是第四代移動通信(4G)的一個重要組成部分,其中,柔性可穿戴天線是人體中心網(wǎng)絡天線研究的重點,研究具有低剖面、易穿戴、易與人體共形等特點的柔性可穿戴天線具有重要意義。本文面向穿戴式無線通信系統(tǒng)的柔性天線設計及實現(xiàn)方法展開工作,其主要研究內容可概括為:(1)掌握天線設計的基本理論知識,深入研究柔性可穿戴天線的制備方法及工藝流程,了解柔性可穿戴天線的研究現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài),研究不同介質基體和輻射貼片實現(xiàn)柔性可穿戴天線設計的基本方法,探索輻射貼片的導電性對天線性能的影響機制,闡述輻射貼片的導電機理以及提升導電性的方法。(2)基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性介質基體和導電銀膠設計一款工作于2.45GHz和5.8 GHz ISM頻段的雙頻柔性可穿戴天線,闡述該雙頻柔性天線的工作原理、拓撲結構及制備流程,研究提升輻射貼片導電性的方法并對導電銀膠成膜后的電學特性進行分析。實現(xiàn)在中心頻率2.45 GHz和5.8 GHz處,實測回波損耗分別為-26 dB和-28 dB,電壓駐波比分別為1.5和1.8,實測方向圖與仿真結果保持良好的一致性。通過建立雙頻柔性可穿戴天線的彎曲模型,探索彎曲狀態(tài)對天線性能的影響,仿真與實測驗證了該雙頻柔性可穿戴天線的可行性。(3)研究納米打印技術在柔性可穿戴天線設計中的應用,通過在PET柔性基體上噴涂打印銀納米顆粒的方法,設計一款工作于3.6 GHz WiMAX頻段的全打印式柔性可穿戴共面波導天線。闡述全打印柔性共面波導天線的結構設計、制備流程和性能表征方法,探索提升、優(yōu)化噴涂打印銀納米顆粒制備輻射貼片電學性能和力學性能的基本方法,探索不同彎曲半徑對全打印式柔性可穿戴共面波導天線性能的影響。3.6 GHz中心頻率處,實現(xiàn)回波損耗仿真與實測分別為-36.7 dB和-23.8 dB,-10 dB帶寬為180MHz,駐波比為1.3,實測方向圖與仿真保持較好的一致性,噴涂打印技術為設計柔性可穿戴天線提供了一種簡單可行的實現(xiàn)方法。(4)提出一款工作于2.45 GHz ISM頻段的柔性可穿戴織物微帶天線,以織物為柔性基體,石墨烯/聚苯胺填充PDMS制備柔性高導電輻射貼片和接地平面。研究織物天線設計原理與實現(xiàn)方法,介紹織物微帶天線的結構特點與制備流程,闡述石墨烯/聚苯胺/PDMS復合材料的導電機理與性能特點。中心頻率2.45 GHz處,實現(xiàn)回波損耗仿真與實測分別為-36.2 dB和-22.6 dB,-10 dB帶寬為165 MHz,駐波比為1.58,實測方向圖與仿真保證良好的一致性。通過建立彎曲模型和三層人體組織模型,研究彎曲狀態(tài)對織物微帶天線性能影響,依據(jù)人體組織與織物微帶天線在不同距離時的SAR值,分析織物微帶天線對人體的輻射影響,結果表明,織物微帶天線的接地平面有效地降低了天線對人體的輻射,SAR值在安全標準范圍內。本文通過研究天線設計理論,針對柔性可穿戴天線的發(fā)展需求,探索柔性天線的設計與實現(xiàn)方法,為穿戴式無線通信系統(tǒng)中柔性天線的設計與研制提供了可行性的解決方案。
[Abstract]:With the continuous development of wireless communication technology and the growing popularity of wearable intelligent terminals, as a new form of network, the body area network has become one of the hot topics of research. The wearable electronic products with the characteristics of intelligent, beautiful, portable and wearable are favored by the majority of consumers. The human center network is the fourth generation. Dynamic communication (4G) is an important part of which, flexible wearable antenna is the focus of the research of human central network antenna. It is of great significance to study flexible wearable antenna with low profile, easy to wear and easy to conform with human body. The design and implementation of flexible antenna for wearable wireless communication system is started in this paper. The main research content can be summarized as follows: (1) mastering the basic theoretical knowledge of antenna design, studying the preparation method and process flow of flexible wearable antenna, understanding the research status and development trend of flexible wearable antenna, and researching the basic methods of designing flexible wearable antenna with different medium and radiation patch. The mechanism of the influence of the electrical conductivity of the radiated patch on the performance of the antenna, the conduction mechanism of the radiant patch and the method of improving the conductivity. (2) a double frequency flexible wearable antenna, based on the 2.45GHz and the 5.8 GHz ISM band, is designed based on the flexible medium of polymethylsiloxane (PDMS) and the conductive silver glue. The dual frequency flexible antenna is described. The work principle, the topology and the preparation process are used to study the method of improving the conductivity of the radiation patch and analyze the electrical characteristics of the conductive silver film after the film formation. The measured echo loss is -26 dB and -28 dB at the center frequency of 2.45 GHz and 5.8 GHz respectively. The voltage in Bobbi is 1.5 and 1.8 respectively. The measured direction map and the simulation result are good. Good consistency. By establishing the bending model of a double frequency flexible wearable antenna, the effect of the bending state on the performance of the antenna is explored. The feasibility of the dual frequency flexible wearable antenna is verified by simulation and measurement. (3) the application of nano printing technology in the design of flexible wearable antenna is used to print silver nanoparticles on the PET flexible substrate. A fully printed flexible wearable coplanar waveguide antenna is designed for a 3.6 GHz WiMAX frequency band. The structure design, the preparation process and the performance characterization method of the fully printed flexible coplanar waveguide antenna are described, and the basic side of optimizing the electrical properties and mechanical properties of the coated silver nanoparticles for the preparation of the radiated patches is optimized. The effect of different bending radius on the performance of full print flexible wearable coplanar waveguide antenna.3.6 GHz center frequency is explored. The simulation and measurement of echo loss are -36.7 dB and -23.8 dB, -10 dB bandwidth is 180MHz, Bobbi is 1.3, the measured direction map is consistent with the simulation, and the spray printing technology is the design flexibility. The wearable antenna provides a simple and feasible realization method. (4) a flexible wearable fabric microstrip antenna, which works at the 2.45 GHz ISM frequency band, is used to prepare flexible high conductive radiation patch and ground plane with the fabric as the flexible matrix and graphene / polyaniline filling PDMS. The structure characteristics and preparation process of microstrip antenna are described. The conductive mechanism and performance characteristics of graphene / polyaniline /PDMS composites are described. At the center frequency of 2.45 GHz, the simulation and measurement of echo loss are -36.2 dB and -22.6 dB respectively, the bandwidth of -10 dB is 165 MHz, and the Bobbi is 1.58. The consistency of the real direction map and the simulation guarantee is good. A bending model and a three layer human tissue model are established to study the effect of the bending state on the performance of the microstrip antenna. The effect of the microstrip antenna on human body radiation is analyzed based on the SAR value of the human tissue and the fabric microstrip antenna at different distances. The results show that the ground plane of the microstrip antenna can effectively reduce the radiation of the antenna to the human body. The SAR value is within the scope of the safety standard. By studying the antenna design theory and aiming at the development demand of the flexible wearable antenna, this paper explores the design and implementation of the flexible antenna, which provides a feasible solution for the design and development of the flexible antenna in wearable wireless communication system.

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN820

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本文編號：1781688