【摘 要】
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可穿戴天线是智能可穿戴设备的重要组成部件,起到信号传输的作用。可穿戴天线目前发展到以纺织材料为基质(简称纺织天线),与人体共形性良好。不同纺织材料作为纺织天线的基质,所得到的天线性能必然不同。本论文拟将四种纺织材料为对象,将其作为天线基质,同时设计纺织圆极化天线和纺织超宽带天线,研究不同纺织材料为基质的天线性能对比;此外,也研究天线在弯曲环境下的性能变化。论文具体工作如下:(1)选用涤纶毡(Pf)
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可穿戴天线是智能可穿戴设备的重要组成部件,起到信号传输的作用。可穿戴天线目前发展到以纺织材料为基质(简称纺织天线),与人体共形性良好。不同纺织材料作为纺织天线的基质,所得到的天线性能必然不同。本论文拟将四种纺织材料为对象,将其作为天线基质,同时设计纺织圆极化天线和纺织超宽带天线,研究不同纺织材料为基质的天线性能对比;此外,也研究天线在弯曲环境下的性能变化。论文具体工作如下:(1)选用涤纶毡(Pf)、涤纶机织布(Pw)、涤/氨混纺机织布(Ps)、可提拉涤纶机织布(Pc)四种织物为天线基质。天线尺寸需通过织物基质的介电常数确定。本文通过反推法得到上述四种织物的介电常数,发现介电常数受织物组织、克重等影响而不同。而后由仿真得到圆极化天线及超宽带天线的最佳尺寸参数,并使用丝网印刷方法制备四种纺织基质的天线实物,所得到的天线实物结构完整,电镜观察表明,导电元表层银浆附着均匀紧密。(2)对上述制备所得的纺织圆极化天线及超宽带天线进行性能测试。结果表明:四种织物为基质的圆极化天线实测谐振频率与仿真有较好吻合;回波损耗小于-10 d B;增益分别为10.05 d B(Pf)、5.89 d B(Pw)、7.58 d B(Ps)和7.46 d B(Pc);轴比分别为3.21 d B(Pf)、5.98 d B(Pw)、1.69 d B(Ps)和0.52 d B(Pc)。四种织物为基质的纺织超宽带天线实测频带基本覆盖所设定的2-6 GHz频段;典型频率点处增益在3 d B以上。上述纺织天线中Pf和Pc为基质时,天线性能更佳,主要原因是在Pf中纤维分布均匀、表面平整;Pc中纱线屈曲少,这些均对得到良好电磁辐射特性的天线提供积极作用。另外,Pf和Pc均为纯涤纶材料,介电性能稳定。(3)对纺织圆极化天线(以Pf、Pw、Pc为基质)以不同曲率半径(R)弯曲后的天线性能进行测试:发现天线弯曲后谐振频率相比平面状态略有偏移,但回波损耗仍小于-10 d B,满足谐振要求;以Pc基质为代表测得,R为50 mm时,天线增益大于6 d B,轴比小于3 d B。对纺织超宽带天线(以Pf、Pw、Pc为基质)以不同曲率半径弯曲后的天线性能进行测试,结果表明:在2-6 GHz频率下回波损耗数值小于-10 d B;天线在R为50 mm时,频率覆盖最小范围为2.88 GHz;以Pc基质为代表测得,R为50 mm时,天线增益最小为4.20 d B,满足工作需求。此外,研究还发现,纺织圆极化天线弯曲后,Pf和Pc为基质的天线具有较好的天线性能,这与平面状态下天线表现基本一致;但超宽带天线弯曲后,Pf为基质的纺织天线金属地板部分与织物部分变形不一致,易引起天线性能失稳;而Pw和Pc均为机织结构,其纱线相互交织且结构稳定,因此对应的超宽带天线具有较好表现。
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