用于可穿戴電子產(chǎn)品的噴墨打印可彎曲天線
天津大學(xué)生物信息測量與生物制造實驗室的栗大超教授團(tuán)隊使用MicroFab噴墨打?。↗etlab Ⅱ）技術(shù)在柔性聚酰亞胺基材上制作了天線。實驗表明，天線的中心頻率為2.5GHz，回波損耗為-32dB，**帶寬為850MHz，與仿真結(jié)果一致。研究進(jìn)行了小尺寸30×30×0.05mm3的可彎曲共面波導(dǎo)天線的制備，實現(xiàn)了超寬帶特性，同時避免了傳統(tǒng)微帶天線介電層厚度大（大于1mm）和體積大的問題。當(dāng)橫向和縱向彎曲半徑大于30mm，趨膚深度大于1mm時，諧振頻率偏移大多在360MHz以內(nèi)，與無彎曲情況相比，可彎曲天線的回波損耗在-14dB以內(nèi)。展示出噴墨打印技術(shù)在可彎曲柔性天線的潛力，并有望用于可穿戴應(yīng)用。
介紹
柔性可穿戴電子是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，而能夠貼合皮膚的柔性天線是其關(guān)鍵部件，柔性天線可用于貼附在人體皮膚外表面的電子設(shè)備與個人無線終端之間的通信。隨著5G技術(shù)的到來，無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，以及可穿戴設(shè)備在日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，基于天線結(jié)構(gòu)和小型傳感器的無線通信系統(tǒng) 的要求越來越高。電子器件的發(fā)展正朝著微型化、便攜化、智能化的方向發(fā)展，尤其是在可穿戴電子領(lǐng)域。因此，為了滿足通信和信息技術(shù)的發(fā)展需求，對移動和柔性天線的研究越來越受到人們的關(guān)注。最近關(guān)于柔性天線的研究主要集中在天線結(jié)構(gòu)設(shè)計和柔性天線的制造方法上。本文旨在探索一種基于噴墨技術(shù)的創(chuàng)新天線設(shè)計，通過結(jié)合分形天線和蜿蜒天線的優(yōu)點，實現(xiàn)超寬帶特性，同時避免了傳統(tǒng)微帶天線的體積和厚度限制。
為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，研究采用聚酰亞胺薄膜（厚0.05mm）作為天線的柔性基材，銀涂層作為輻射導(dǎo)體。通過HFSS仿真優(yōu)化了天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使用MicroFab的Jetlab Ⅱ噴墨打印系統(tǒng)將天線結(jié)構(gòu)直接打印在柔性基材上，天線結(jié)構(gòu)及模型如圖1所示。
實驗結(jié)果顯示，所設(shè)計和制備的天線具有出色的性能參數(shù)。中心頻率為2.5GHz，諧振點回波損耗為-32dB，天線的-10dB截止間隔下限頻率fL約為2GHz，上限頻率fH約為2.85GHz。**帶寬約為850MHz，這與研究團(tuán)隊的仿真結(jié)果相一致。這表明所設(shè)計的天線具有良好的抗干擾能力，并且能在寬頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)可靠的信號傳輸。
傳統(tǒng)的天線制備方法往往需要昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的工序，而噴墨打印技術(shù)可以將天線結(jié)構(gòu)直接打印在柔性基材上，大大降低了制備的成本和復(fù)雜度。制備結(jié)構(gòu)精確，提高了天線的性能和可靠性。
在該研究中，研究團(tuán)隊利用噴墨打印技術(shù)實現(xiàn)了可彎曲天線的設(shè)計，為可穿戴設(shè)備和5G通信提供了一種有效的解決方案。通過結(jié)合分形天線和蛇形天線的優(yōu)點，實現(xiàn)了超寬帶特性，同時避免傳統(tǒng)微帶天線的厚度和體積問題。噴墨打印技術(shù)的應(yīng)用為天線制備提供了低成本、高效率的新途徑，且可在柔性材料上直接打印精確的天線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了可彎曲性能。這不僅使天線在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域應(yīng)用更加靈活，還提供了在高密度通信環(huán)境下表現(xiàn)出色的抗干擾能力。該研究的成果展示了噴墨打印技術(shù)在天線設(shè)計與制備中的創(chuàng)新性和優(yōu)點，預(yù)示著可彎曲天線在未來的應(yīng)用前景中的潛力。
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