基于3D打印技术的柔性可穿戴介质埋藏天线的研究
发布时间：2021-11-26 10:11
物联网的飞速发展给终端带来了春天,刺激以人体为中心的通信系统的发展,终端需求趋于多样化,应用场景多样化,电磁环境多样化,传统的天线已经无法满足人体穿戴通信系统的要求。柔性可穿戴天线可以应对随人体活动变化而变化的复杂应用环境,使天线即使在弯曲状态下也能保持良好的双工通信能力,与人体共形的同时也能保证稳定的电磁性能。介质埋藏天线与柔性可穿戴天线的结合可以提升柔性可穿戴天线在实际应用中隐蔽性、耐腐蚀性和机械耐受性等性能。打破传统天线在人体活动表面应用时的局限,解决天线在人体柔性可穿戴通信系统中的应用问题。本文主要研究将FDM 3D打印技术与柔性可穿戴天线结合的介质埋藏天线,根据柔性可穿戴天线和介质埋藏微带天线的特性设计天线。由于FDM 3D打印技术具有自动化程度高、精度高、制造自由度高、节约材料、环保等诸多优势,应用于柔性介质埋藏天线研究可以发挥更大价值。首先选取了性能卓越的3D打印线材Ninja Flex作为天线的柔性介质材料和介质埋藏材料,为避免不同3D打印过程造成材料属性不同,确定打印过程并测试模型的介电常数和损耗角正切,为天线设计提供可靠的材料数据支撑。基于介质埋藏微带天线的理论基础...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小型双极化UWB介质埋藏天线
天津工业大学硕士学位论文8程度越好，信号传输效率越高，反射回信号源的信号越少，信号利用率越高，天线性能越好。S11由公式2-3定义为：1110logreinPSP（2-3）式中，reP为天线的反射功率，而inP为天线的入射功率。在行业中，通常默认S11小于等于-10dB是可以正常工作的，在这个标准内的频带宽度为天线的工作带宽，天线的S11越小，则天线的匹配程度越好，信号利用率也就越高。3.方向图通过天线的方向图可以直观的观察天线的辐射特性和增益值等，如图2-1所示，一般天线的方向图是以这样的坐标轴来建模2D或3D方向图形的。图2-1天线方向图的坐标系在使用二维方向图时，一般用两个相互正交的平面映射图来表示天线的辐射方向特性。图中的角和角就是天线方向图中提到的两个角，用来定义方向图的切面。4.增益
天津工业大学硕士学位论文12态时，会不可避免地出现电磁性能问题。对于柔韧性来说，织物是非常好的材料选择，且在许多应用场景中超宽带天线是不可或缺的，MaciejKlemm等人首次用导电织物和0.5mm厚的亚克力织物设计出超宽带（UWB）柔性可穿戴天线，如图2-3所示，这个全织物柔性天线工作在联邦通信委员会FCC批准的UWB（3.1GHz–10.6GHz）频段[3]。为了平衡一些典型情况下的不同电磁性能，HanWang等人提出了带有泡沫基底材料的可穿戴贴片天线，他们设计并制造的柔性可穿戴天线引入了双谐振技术，在尺寸为0.3580.3580.011的情况下使用EVA（乙烯-乙酸乙烯酯）泡沫作为柔性介质材料并用铜网柔性导体材料设计柔性图2-3全织物UWB柔性可穿戴天线可穿戴天线，具有良好的柔性和安全性[8]。CarlaHertleer等人考虑到消防员的系统，首次将织物天线应用在柔性防护泡沫上且适用于消防员服装。他们使用了厚度为3.94mm的减震泡沫发明了一种柔性可穿戴天线，这种天线即使工作在压缩或弯曲状态下，也能获得至少180MHz的工作带宽，非常适合集成到服装中[4]。引入的智能纺织系统说明了可穿戴通信工具的必要性，并引发了对纺织天线的研究。但是，大多数织物都非常薄（大约0.5毫米），这给要设计一种工作在ISM（IndustrialScientificMedical）的2.4GHz–2.4835GHz频段的天线的天线设计人员带来了挑战。柔性垫泡沫通常可用于防护服，并通过提供均匀，稳定和足够的厚度来克服这些困难。除此之外，其多孔结构、阻燃性和防水性使其成为应用于防护服中的天线基底材料的不二选择。MahmoudWagih等人在25μm厚的柔性聚酰亚胺材料上设计了小型的2.4GHz天线，适用于可穿戴设备[12]。应用在人体表面的天线结构应尽量避免使用刚性的同轴馈电，CarlaHertleer等人是首先利用孔径耦?
【参考文献】：
期刊论文
[1]介质埋藏贴片对称振子天线[J]. 倪国旗,高本庆,薛正辉. 北京理工大学学报. 2009(10)
[2]介质埋藏微带贴片八木天线设计[J]. 倪国旗,高本庆. 系统工程与电子技术. 2009(10)
[3]一种新型的层叠式介质埋藏贴片八木天线[J]. 倪国旗,高本庆. 电波科学学报. 2009(02)
[4]N层介质覆盖矩形微带天线的分析[J]. 刘刚,叶春飞,钟顺时. 电子科学学刊. 1997(04)
博士论文
[1]人体中心网络可穿戴天线及传播特性研究[D]. 刘宁.北京邮电大学 2012
硕士论文
[1]介质埋藏特型天线的设计与研究[D]. 韩非凡.桂林电子科技大学 2016
本文编号：3519930
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
小型双极化UWB介质埋藏天线
天津工业大学硕士学位论文8程度越好，信号传输效率越高，反射回信号源的信号越少，信号利用率越高，天线性能越好。S11由公式2-3定义为：1110logreinPSP（2-3）式中，reP为天线的反射功率，而inP为天线的入射功率。在行业中，通常默认S11小于等于-10dB是可以正常工作的，在这个标准内的频带宽度为天线的工作带宽，天线的S11越小，则天线的匹配程度越好，信号利用率也就越高。3.方向图通过天线的方向图可以直观的观察天线的辐射特性和增益值等，如图2-1所示，一般天线的方向图是以这样的坐标轴来建模2D或3D方向图形的。图2-1天线方向图的坐标系在使用二维方向图时，一般用两个相互正交的平面映射图来表示天线的辐射方向特性。图中的角和角就是天线方向图中提到的两个角，用来定义方向图的切面。4.增益
天津工业大学硕士学位论文12态时，会不可避免地出现电磁性能问题。对于柔韧性来说，织物是非常好的材料选择，且在许多应用场景中超宽带天线是不可或缺的，MaciejKlemm等人首次用导电织物和0.5mm厚的亚克力织物设计出超宽带（UWB）柔性可穿戴天线，如图2-3所示，这个全织物柔性天线工作在联邦通信委员会FCC批准的UWB（3.1GHz–10.6GHz）频段[3]。为了平衡一些典型情况下的不同电磁性能，HanWang等人提出了带有泡沫基底材料的可穿戴贴片天线，他们设计并制造的柔性可穿戴天线引入了双谐振技术，在尺寸为0.3580.3580.011的情况下使用EVA（乙烯-乙酸乙烯酯）泡沫作为柔性介质材料并用铜网柔性导体材料设计柔性图2-3全织物UWB柔性可穿戴天线可穿戴天线，具有良好的柔性和安全性[8]。CarlaHertleer等人考虑到消防员的系统，首次将织物天线应用在柔性防护泡沫上且适用于消防员服装。他们使用了厚度为3.94mm的减震泡沫发明了一种柔性可穿戴天线，这种天线即使工作在压缩或弯曲状态下，也能获得至少180MHz的工作带宽，非常适合集成到服装中[4]。引入的智能纺织系统说明了可穿戴通信工具的必要性，并引发了对纺织天线的研究。但是，大多数织物都非常薄（大约0.5毫米），这给要设计一种工作在ISM（IndustrialScientificMedical）的2.4GHz–2.4835GHz频段的天线的天线设计人员带来了挑战。柔性垫泡沫通常可用于防护服，并通过提供均匀，稳定和足够的厚度来克服这些困难。除此之外，其多孔结构、阻燃性和防水性使其成为应用于防护服中的天线基底材料的不二选择。MahmoudWagih等人在25μm厚的柔性聚酰亚胺材料上设计了小型的2.4GHz天线，适用于可穿戴设备[12]。应用在人体表面的天线结构应尽量避免使用刚性的同轴馈电，CarlaHertleer等人是首先利用孔径耦?
【参考文献】：
期刊论文
[1]介质埋藏贴片对称振子天线[J]. 倪国旗,高本庆,薛正辉. 北京理工大学学报. 2009(10)
[2]介质埋藏微带贴片八木天线设计[J]. 倪国旗,高本庆. 系统工程与电子技术. 2009(10)
[3]一种新型的层叠式介质埋藏贴片八木天线[J]. 倪国旗,高本庆. 电波科学学报. 2009(02)
[4]N层介质覆盖矩形微带天线的分析[J]. 刘刚,叶春飞,钟顺时. 电子科学学刊. 1997(04)
博士论文
[1]人体中心网络可穿戴天线及传播特性研究[D]. 刘宁.北京邮电大学 2012
硕士论文
[1]介质埋藏特型天线的设计与研究[D]. 韩非凡.桂林电子科技大学 2016
本文编号：3519930
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