纺织双频微带天线设计及其应变传感特性研究
发布时间：2021-09-29 19:29
近年来国内移动智能终端设备及相关产业保持快速发展,智能可穿戴设备的市场规模增长迅猛,思科视觉网络指数报告预测2021年人均可穿戴设备持有量将达到1.75件。互联网医疗行业中使用的智能可穿戴设备可以通过集成传感器实现对使用者健康状态的监测,从而大大提高医疗服务效率和人民健康水平。天线在智能可穿戴设备中承担信息传输的作用,其性能直接决定传输信号质量。与传统硬质天线相比,柔性纺织材料可穿戴天线更加符合人体工程学,集成于服装中穿戴时更为灵活舒适。可穿戴天线还可以用于应变测量,当使用者身着集成有可穿戴天线的服装时,其身体局部受到的外力将以应变形式随服装传递到天线上,从而改变天线尺寸和电流矢量分布情况,最终导致天线谐振频率发生偏移。本论文旨在设计一款基于纺织材料的孔径耦合双频微带天线,并研究天线应变传感性能,具体分别为弯曲、压缩和拉伸等应变对天线谐振频率的影响,研究内容和结果如下:首先,结合微带天线原理选取涤纶毡作为天线的介质基板,通过反推法得到织物在2.45GHz下相对介电常数为1.25。使用HFSS电磁仿真软件设计单频和双频两款孔径耦合微带天线。单频天线尺寸为150mm?150mm?6mm,谐...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于无线体域网的医疗检测设备[4]
集成电路兼容、易于大量生产等优点，已取得大量研究和发展[8]。当然微带天线也具有一定缺点，如辐射效率低、功率低、品质因数高、带宽窄、极化纯度低等，许多研究者都在尝试克服上述局限性以拓宽微带天线的应用场景。目前，微带天线已经在卫星通信、航空航天、雷达、遥感、移动通信、生物医学等领域得到广泛应用。一个新的研究热点需要对应的设计、制造和测量技术与之相匹配，下面主要对微带天线结构、工作原理、性能指标等等展开综述。1.2.1微带天线的结构与特点矩形微带天线是最常用的微带天线类型之一。基本天线结构如图1-2所示，由具有一定介电常数的绝缘介质基板、导电的辐射贴片和接地平面组成。最上层是一个非常薄的辐射贴片，最下层是接地平面，两者之间由一层介质基板隔开，其厚度(h)一般为远小于波长[9]。图1-2典型的微带天线结构[9]
东华大学硕士学位论文第一章绪论3微带天线的辐射形式是由辐射贴片和接地平面之间场分布以及辐射贴片上的表面电流分布所决定，当对微带天线进行馈电时，辐射贴片和接地平面的上下表面都会产生如图1-3所示正负电荷分布[10]。同种电荷在辐射贴片下表面相斥，将一些原本在侧面的电荷“推”到顶部，使电荷在介质基板中的分布发生变化，电流密度也因此发生改变。同时，由于介质基板厚度远远小于其宽度，电荷之间能够保持很强的相互吸引力，从而导致大部分电流和电荷都会堆积在贴片下表面。另一方面，同种电荷之间的斥力也会导致介质基板边缘产生很大的电荷密度（如图1-4所示），电荷会引起边缘场，迫使能量通过介质基板泄露到自由空间，这就是天线产生辐射的主要原因[11]。图1-3馈电时微带天线电荷分布图1-4微带天线的边缘场[10]微带天线辐射贴片的形状、尺寸、介质基板的厚度、馈电方式及位置都会影响微带天线性能。天线的辐射贴片可以是任何形状，常见形状如正方形、矩形、圆形、圆环、偶极子等等。辐射贴片的长度约为波长一半，其厚度则非常保介质基板的厚度会影响天线边缘场辐射，为获得更好的辐射效率，在设计中通常选用介电常数较低、厚度较大的材料作为天线介质基板，但这样的材料选择又必然会导致天线尺寸增大[12]。因此在设计天线之前，必须结合实际需求权衡天线尺寸设计和性能预期。1.2.2微带天线的基本特性参数微带天线最基本的参数包括辐射方向图、方向性、增益、带宽、效率和品质因数等[13-16]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2.45GHz柔性微带天线的设计及传感特性[J]. 解志诚,黄英,王志强,郭小辉. 吉林大学学报(理学版). 2019(01)
[2]基于COMSOL的贴片天线传感器应变测量仿真及试验研究[J]. 刘志平,毛艳飞,周凯,李大强,柯亮. 仪表技术与传感器. 2018(08)
[3]一种用于WiFi频段的小型化双频天线[J]. 王利红,孙慧萍,孙彩锋. 山西大同大学学报(自然科学版). 2017(06)
[4]应用于WLAN/WiMAX的CPW馈电双频天线设计[J]. 汤雪彬. 电子元件与材料. 2016(08)
[5]NiCr高温薄膜电阻应变计制备及耐高温性能研究[J]. 崔云先,张子超,丁万昱,胡晓勇,张启翔. 仪器仪表学报. 2016(07)
[6]光栅式大应变传感器结构设计与特性研究[J]. 段成丽,蒋亚东,魏鸿雁,何应飞,李起栋. 电子测量与仪器学报. 2013(06)
博士论文
[1]三维机织复合材料为基础的共形承载侧馈微带天线的仿真设计和性能研究[D]. 许福军.东华大学 2011
[2]三维纺织复合材料为基础的共形承载微带天线及其基板的结构设计和性能研究[D]. 姚澜.东华大学 2008
硕士论文
[1]基于开口环谐振器超材料的薄膜型微波传感器的设计与研究[D]. 卢凤翔.中北大学 2019
[2]基于微带贴片天线的应变传感器与检测技术研究[D]. 闫天婷.北京工业大学 2017
[3]基于HFSS的微带天线线阵仿真[D]. 吕福全.吉林大学 2017
[4]微带双频天线的研究与设计[D]. 张申.西安电子科技大学 2012
[5]双频圆极化微带天线的研究与设计[D]. 温丹亭.南京邮电大学 2011
本文编号：3414332
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于无线体域网的医疗检测设备[4]
集成电路兼容、易于大量生产等优点，已取得大量研究和发展[8]。当然微带天线也具有一定缺点，如辐射效率低、功率低、品质因数高、带宽窄、极化纯度低等，许多研究者都在尝试克服上述局限性以拓宽微带天线的应用场景。目前，微带天线已经在卫星通信、航空航天、雷达、遥感、移动通信、生物医学等领域得到广泛应用。一个新的研究热点需要对应的设计、制造和测量技术与之相匹配，下面主要对微带天线结构、工作原理、性能指标等等展开综述。1.2.1微带天线的结构与特点矩形微带天线是最常用的微带天线类型之一。基本天线结构如图1-2所示，由具有一定介电常数的绝缘介质基板、导电的辐射贴片和接地平面组成。最上层是一个非常薄的辐射贴片，最下层是接地平面，两者之间由一层介质基板隔开，其厚度(h)一般为远小于波长[9]。图1-2典型的微带天线结构[9]
东华大学硕士学位论文第一章绪论3微带天线的辐射形式是由辐射贴片和接地平面之间场分布以及辐射贴片上的表面电流分布所决定，当对微带天线进行馈电时，辐射贴片和接地平面的上下表面都会产生如图1-3所示正负电荷分布[10]。同种电荷在辐射贴片下表面相斥，将一些原本在侧面的电荷“推”到顶部，使电荷在介质基板中的分布发生变化，电流密度也因此发生改变。同时，由于介质基板厚度远远小于其宽度，电荷之间能够保持很强的相互吸引力，从而导致大部分电流和电荷都会堆积在贴片下表面。另一方面，同种电荷之间的斥力也会导致介质基板边缘产生很大的电荷密度（如图1-4所示），电荷会引起边缘场，迫使能量通过介质基板泄露到自由空间，这就是天线产生辐射的主要原因[11]。图1-3馈电时微带天线电荷分布图1-4微带天线的边缘场[10]微带天线辐射贴片的形状、尺寸、介质基板的厚度、馈电方式及位置都会影响微带天线性能。天线的辐射贴片可以是任何形状，常见形状如正方形、矩形、圆形、圆环、偶极子等等。辐射贴片的长度约为波长一半，其厚度则非常保介质基板的厚度会影响天线边缘场辐射，为获得更好的辐射效率，在设计中通常选用介电常数较低、厚度较大的材料作为天线介质基板，但这样的材料选择又必然会导致天线尺寸增大[12]。因此在设计天线之前，必须结合实际需求权衡天线尺寸设计和性能预期。1.2.2微带天线的基本特性参数微带天线最基本的参数包括辐射方向图、方向性、增益、带宽、效率和品质因数等[13-16]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2.45GHz柔性微带天线的设计及传感特性[J]. 解志诚,黄英,王志强,郭小辉. 吉林大学学报(理学版). 2019(01)
[2]基于COMSOL的贴片天线传感器应变测量仿真及试验研究[J]. 刘志平,毛艳飞,周凯,李大强,柯亮. 仪表技术与传感器. 2018(08)
[3]一种用于WiFi频段的小型化双频天线[J]. 王利红,孙慧萍,孙彩锋. 山西大同大学学报(自然科学版). 2017(06)
[4]应用于WLAN/WiMAX的CPW馈电双频天线设计[J]. 汤雪彬. 电子元件与材料. 2016(08)
[5]NiCr高温薄膜电阻应变计制备及耐高温性能研究[J]. 崔云先,张子超,丁万昱,胡晓勇,张启翔. 仪器仪表学报. 2016(07)
[6]光栅式大应变传感器结构设计与特性研究[J]. 段成丽,蒋亚东,魏鸿雁,何应飞,李起栋. 电子测量与仪器学报. 2013(06)
博士论文
[1]三维机织复合材料为基础的共形承载侧馈微带天线的仿真设计和性能研究[D]. 许福军.东华大学 2011
[2]三维纺织复合材料为基础的共形承载微带天线及其基板的结构设计和性能研究[D]. 姚澜.东华大学 2008
硕士论文
[1]基于开口环谐振器超材料的薄膜型微波传感器的设计与研究[D]. 卢凤翔.中北大学 2019
[2]基于微带贴片天线的应变传感器与检测技术研究[D]. 闫天婷.北京工业大学 2017
[3]基于HFSS的微带天线线阵仿真[D]. 吕福全.吉林大学 2017
[4]微带双频天线的研究与设计[D]. 张申.西安电子科技大学 2012
[5]双频圆极化微带天线的研究与设计[D]. 温丹亭.南京邮电大学 2011
本文编号：3414332
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