碳纳米材料电磁特性表征及可穿戴式天线设计

基本信息
批准号:61401025
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:30.00
负责人:吴昱明
学科分类:
依托单位:北京理工大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张庆乐,赵鹏飞,史君宇,郭大路,卢宏达
关键词:
天线介质特性新型介质材料天线共形微带天线
结项摘要

As an emerging concept proposed based on the wireless body area network (WBAN), the smart wearable antenna (WA) plays an important role in the next generation communications. Taking the advantage of the unique properties, such as compactness, high compatibility and durability, provided by the flexible carbon-based nanomaterials, the WA can be conveniently integrated into the clothes using special fabrication techniques. Due to its flexible feature, conformal configuration, low profile, and diverse functions, the WA has been one of the key devices in body area communications...In this project, carbon nanotube, graphene and other novel carbon-based nanomaterials are innovatively proposed to be utilized as the basic material of the antenna. A comprehensive investigation is conducted in details on their characteristics operating at the radio frequency (RF) and performance controlled by the substrate’s configuration. The project studies the WA’s electromagnetic waves propagation mechanism and its corresponding flexible antenna design. In this way, the enhanced performance compared with the conventional antenna materials can be found to promote the existing theoretical study...The project is focused on the following four aspects: 1. electromagnetic (RF) properties characterization and modelling demonstration of the carbon-based nanomaterials, 2. advanced fabrication techniques and methods, 3. technical parameters and specifications extractions for high performance antenna, and 4. novel antenna design developed with optimized performance. A combination of various methods, including theoretical derivation, simulation and modelling, parameter optimization, and practical experiments, is adopted to characterize the RF properties of the carbon-based nanomaterials and explore the EM radiation properties of the WA..

可穿戴式天线是基于人体局域网络提出的新概念,是新一代移动通信的重要组成部分。它利用碳纳米材料灵活共形且耐弯曲的特性采用特殊加工工艺集成于人体所穿戴的衣帽上,是实现柔性化、共形化、小型化及功能化人体网络通讯的关键器件。.本课题立项以全新视角出发,以碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料作为基材,探索工作于射频下的材料特性及介质形变所对其所产生性能的影响,内容集中于研究构建可穿戴式天线的电磁波传播的机理探讨及其柔性天线的优化设计,揭示取代传统天线介质材料所应该获得的优异功能和性能,从而开展基础理论研究。.本项目的研究重点是以探索碳纳米材料电磁特性及其模型表征为突破口,以先进加工工艺方法为实现手段,以实现天线高性能技术参数和指标等为研究内容,提出具备优异性能的新型天线结构。通过机理探索、仿真设计、参数优化、特性测试相结合的技术途径,深刻揭示这种新颖材料射频特性的特点以及构造可穿戴天线所展示的电磁辐射特性。

项目摘要

当今中国人口老龄化问题日益严重,便携式生理监测系统使老年患者在家中就能得到及时的远程医疗帮助,因此未来对可穿戴医疗设备的需求量将激增。可穿戴天线作为可穿戴设备中实现小型化、共形化、柔性化及功能化体域网通信的关键器件,其研究具有重要意义和应用价值。除了生理监测等医疗方面的应用,可穿戴天线还在军事、消防、勘探、娱乐等诸多方面具有广泛的应用前景。.本项目重点针对织物可穿戴天线从选材、设计、加工、测试等方面开展了系统的研究。深入研究了无线体域网应用中,碳纳米材料和银浆材料的电磁参数特性,探索了可穿戴天线的电磁波辐射机理,进而进行了可穿戴天线设计,参数优化和性能测试验证,揭示了新颖材料所获得的优良性能,并且通过加载人工磁导体结构对天线性能进一步提升。.选材加工方面,新颖地采用涤棉混纺布料作为柔性介质基材,银浆作为导电材料,运用丝网印刷技术进行加工,实现了高精度、轻薄舒适的创新型织物天线;天线设计方面,完成了2.45 GHz和2.45/5.8 GHz 的单频和双频天线设计,并分别设计了两种人工磁导体单元结构,在最大程度上缩减了尺寸,整体厚度薄于1 mm,适合可穿戴应用兼具可靠的辐射性能;测试方面,通过采用开口同轴探头法对涤棉混纺布料进行了相对介电常数的精准测量并进行理论分析,为织物天线的设计提供了定量的数据上的参考,还解决了测试中的支撑和元件连接等实际问题。.本项目所提出的可穿戴天线在保障了可靠的天线性能同时,具备实际应用所需的舒适性、安全性和轻便性等突出优点。并且丝网印刷加工的精度高、成本较低,可促进成果转化和应用推广。研究结果为进一步优化和运用织物天线扩展了思路,为进一步研制功能化的可穿戴器件奠定了研究基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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