CN112397903A - 一种用于穿戴式设备的柔性天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于穿戴式设备的柔性天线，包括介质基板、辐射贴片、外部馈线、内部馈线和接地板；其中，介质基板为采用柔性材料制成的介质基板；接地板、外部馈线、内部馈线和辐射贴片，都位于介质基板的表面上；辐射贴片包括U形贴片和三叉形贴片；其中，U形贴片的底部边框中间位置，通过纵向分布的内部馈线，与三叉形贴片的横向中间位置内侧相垂直连接；U形贴片，位于三叉形贴片的内侧；三叉形贴片的横向中间位置外侧，与纵向分布的外部馈线相垂直连接；介质基板在外部馈线左右两边的位置，分别设置有横向分布的接地板。本发明的柔性天线可实现与柔性可穿戴设备的集成化设计，方便、高效地将检测到的信号传输给位于外部的终端设备。

Description

一种用于穿戴式设备的柔性天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种用于穿戴式设备的柔性天线。

背景技术

近年来，随着科学技术的发展进步，市场上出现了许多便携式的，普通民众在家中或者办公室即可进行医疗检测的小型设备。这些便携式设备发展的日新月异，尤其以可穿戴式设备最为流行。

可穿戴式设备打破了人体健康指标原有的检测模式，通过穿戴式检测设备，可以连续不间断、随时随地查看自己的身体健康信息，对民众日益增长的健康信息检测需求，有着极大的改善，提高我国当下的医疗检测普及度的同时，也缓解了医院等医疗机构的检测压力。

最初的可穿戴式设备，多数基于金属和半导体材料制成，随着科学技术的快速发展，可穿戴式设备也从传统的基于金属和半导体材料加工制成的产品转型为以柔性电子技术为加工方式的产品，其便携性、柔韧性和可穿戴特性都得到了质的提升。

柔性可穿戴设备可以设计加工成各种贴合人体表面皮肤的形状，具有穿戴便携、易于使用等众多优点，如当前流行的“纹身”式贴片传感器、柔性电子皮肤等。在柔性传感器对目标检测物进行检测之后，需要将检测信号及时传输到电脑或者信号处理器中，这就需要通信系统，而通信系统中对于信号传输起重要作用的就是天线。

目前，传统的天线便携性、柔韧性都较差，不易于集成到穿戴式设备中，而柔性天线可以克服传统天线存在的这些问题，因此，柔性天线的设计加工显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于穿戴式设备的柔性天线，其占用的体积小，可以节约用宝贵的空间，并且容易携带使用，有力保证了无线信号的发射端或者接收端的正常使用，保障了无线信号的发射和接收强度，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种用于穿戴式设备的柔性天线，包括介质基板、辐射贴片、外部馈线、内部馈线和接地板；

其中，介质基板为采用柔性材料制成的介质基板；

其中，接地板、外部馈线、内部馈线和辐射贴片，都位于介质基板的表面上；

其中，辐射贴片包括U形贴片和三叉形贴片；

U形贴片和三叉形贴片，均为左右对称分布；

其中，U形贴片的底部边框中间位置，通过纵向分布的内部馈线，与三叉形贴片的横向中间位置内侧相垂直连接；

U形贴片，位于三叉形贴片的内侧；

三叉形贴片的横向中间位置外侧，与纵向分布的外部馈线相垂直连接；

介质基板在外部馈线左右两边的位置，分别设置有横向分布的接地板。

优选地，柔性材料，为包括聚二甲基硅氧烷PDMS、聚酰亚胺薄膜PI或者聚二甲基硅氧烷PDMS在内的柔性材料。

优选地，当介质基板为采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成的介质基板时，其相对介电常数为2.68，损耗角正切值为0.03，厚度为1mm。

优选地，内部馈线和外部馈线，为前后对称分布；

U形贴片、三叉形贴片以及内部馈线和外部馈线的中心对称线，位于同一直线上。

优选地，U形贴片的外部长和宽分别为20mm和20mm，U形贴片上的每条边框的宽度为2.5mm。

优选地，三叉形贴片上每个叉的宽度为1.5mm；

并且，任意相邻的两个叉的间距均为2mm；

位于左右两侧的叉的长度为5mm，中间叉的长度为6mm。

优选地，内部馈线的尺寸为：长度3mm和宽度1.5mm，为长方形；

外部馈线的尺寸为：长度5mm和宽度3mm，为长方形。

优选地，介质基板的形状为正方形，长度和宽度均为25mm；

接地板的长度和宽度，分别为10mm和3mm。

优选地，接地板和辐射贴片位于同一个平面；

辐射贴片和接地板，都位于介质基板的同一侧；

辐射贴片由印刷电子工艺加工制得。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种用于穿戴式设备的柔性天线，该柔性天线可实现与柔性可穿戴设备的集成化设计，方便、高效地将检测到的信号传输给位于外部的终端设备，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于穿戴式设备的柔性天线的结构示意图，该柔性天线是基于印刷电子工艺加工的柔性天线；

图2为本发明提供的一种用于穿戴式设备的柔性天线的侧视截面图；

图中，1为介质基板，2为辐射贴片，3为外部馈线，4为内部馈线，5为接地板；

21为U形贴片，22为三叉形贴片。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装。

对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1、图2，本发明提供了一种用于穿戴式设备的柔性天线，包括包括介质基板1、辐射贴片2、外部馈线3、内部馈线4和接地板5；

其中，介质基板1为采用柔性材料制成的介质基板；

其中，接地板5、外部馈线3、内部馈线4和辐射贴片2，都位于介质基板1的表面上；

其中，辐射贴片2包括U形贴片21和三叉形贴片22；

U形贴片21和三叉形贴片22，均为左右对称分布；

其中，U形贴片21的底部边框中间位置，通过纵向分布的内部馈线4，与三叉形贴片22的横向中间位置内侧相垂直连接；

U形贴片21，位于三叉形贴片22的内侧；

三叉形贴片22的横向中间位置外侧，与纵向分布的外部馈线3相垂直连接；

介质基板1在外部馈线3左右两边的位置，分别设置有横向分布的接地板5。

在本发明中，具体实现上，柔性材料，为包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亚胺薄膜(PI)或者聚二甲基硅氧烷(PDMS)等在内的柔性材料。

具体实现上，对于本发明，以PDMS材料为例，当介质基板1为采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的介质基板时，其相对介电常数为2.68，损耗角正切值为0.03，厚度为1mm。

在本发明中，具体实现上，内部馈线4和外部馈线3，为前后对称分布；

U形贴片21、三叉形贴片22以及内部馈线4和外部馈线3的中心对称线，位于同一直线上。

在本发明中，具体实现上，U形贴片21的外部长和宽(即横向的整体长度和纵向的整体长度)分别为20mm和20mm，U形贴片21上的每条边框的宽度为2.5mm。

在本发明中，具体实现上，三叉形贴片22上每个叉的宽度为1.5mm；

并且，任意相邻的两个叉的间距均为2mm；

位于左右两侧的叉的长度为5mm，中间叉的长度为6mm。

在本发明中，具体实现上，内部馈线4的尺寸为：长度3mm和宽度1.5mm，为长方形；

外部馈线3的尺寸为：长度5mm和宽度3mm，为长方形。

在本发明中，具体实现上，介质基板1的形状为正方形，长度和宽度均为25mm。

在本发明中，具体实现上，接地板5的长度和宽度，分别为10mm和3mm。

在本发明中，具体实现上，在通过印刷电子工艺得到天线后，用PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲硅氧烷)对天线进行封装。

需要说明的是，对于本发明，辐射贴片2，包括外侧的U形贴片(即U形天线)21，以及内部的三叉形贴片22(即三叉形天线)天线。

对于本发明，辐射贴片2，基于U形贴片(即U形天线)21为主体，内部具有三叉结构天线的内嵌形状。辐射贴片2与外部馈电网络连接，外部馈线3采用尺寸为5mm×3mm的微带馈线。

对于本发明，辐射贴片以及内外部馈电通过印刷电子工艺加工所得；所述天线具有独特的外部U形和内部三叉形的嵌套式结构设计。

在本发明中，具体实现上，接地板5和辐射贴片2位于同一个平面；

辐射贴片2和接地板5，都位于介质基板1的同一侧。

在本发明中，具体实现上，辐射贴片2由印刷电子工艺加工制得，其方式可为喷墨打印、丝网印刷或旋涂等。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例进行说明。

如图1所示，本发明考虑到天线需用于可穿戴设备，因此将馈线系统设计成一个U形、一个三叉形的天线内外嵌套的形状，以适应天线会遇到的弯折情况，无线天线发射信号时将高频电流转化为无线电波向周围辐射出去，同时，内嵌式的结构，可以实现双频段的辐射，而且U形结构和三叉形结构，可以增强天线电流表面的电流密度，增强天线辐射。

具体实现上，本发明选用得PDMS作为该天线的介质基底，天线的各个部分(辐射贴片以及接地板等)在PDMS上采用印刷电子的工艺进行加工，可通过喷墨打印工艺和丝网印刷工艺、旋涂或涂覆等工艺进行加工。待天线加工在PDMS基底后，需要对其天线进行封装，以隔绝在使用过程中对天线造成的污染。天线加工在PDMS基底后，待PDMS固化后，对天线表面再次使用PDMS通过涂覆的方式进行封装。

具体实现上，鉴于柔性天线需要在未形变和形变的情况下，都能够良好的传输信号，所以本发明在设计该柔性天线时，注重其宽带特性，以保证天线的性能，所以为该柔性天线设计了两个贴片(即U形贴片和三叉形贴片)，使得其可以实现双频段通信。还有考虑到该柔性天线要用于可穿戴设备中，所以柔性天线的整体面积要小，易于集成。利用仿真软件HFSS对设计的天线结构进行仿真，仿真结果证明：天线在两个有效频段内具有低于-10db的回波损耗，可以满足无线通信的要求。

与现有技术相比较，本发明基于印刷电子技术加工的柔性天线，具有如下优点：

1、本发明的天线通过印刷电子工艺加工，天线介质由柔性材料例如PDMS等加工制得，天线的柔韧性得到极大的提高，可实现与人体皮肤的贴合。

2、本发明的天线，具有尺寸小巧、结构简单、易于制作集成的优点。

3、本发明的天线，通过印刷电子的加工方式，具有成本低廉、易于大量加工的优点。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种用于穿戴式设备的柔性天线，该柔性天线可实现与柔性可穿戴设备的集成化设计，方便、高效地将检测到的信号传输给位于外部的终端设备，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，包括介质基板(1)、辐射贴片(2)、外部馈线(3)、内部馈线(4)和接地板(5)；

其中，介质基板(1)为采用柔性材料制成的介质基板；

其中，接地板(5)、外部馈线(3)、内部馈线(4)和辐射贴片(2)，都位于介质基板(1)的表面上；

其中，辐射贴片(2)包括U形贴片(21)和三叉形贴片(22)；

U形贴片(21)和三叉形贴片(22)，均为左右对称分布；

其中，U形贴片(21)的底部边框中间位置，通过纵向分布的内部馈线(4)，与三叉形贴片(22)的横向中间位置内侧相垂直连接；

U形贴片(21)，位于三叉形贴片(22)的内侧；

三叉形贴片(22)的横向中间位置外侧，与纵向分布的外部馈线(3)相垂直连接；

介质基板(1)在外部馈线(3)左右两边的位置，分别设置有横向分布的接地板(5)。

2.如权利要求1所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，柔性材料，为包括聚二甲基硅氧烷PDMS、聚酰亚胺薄膜PI或者聚二甲基硅氧烷PDMS在内的柔性材料。

3.如权利要求2所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，当介质基板(1)为采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成的介质基板时，其相对介电常数为2.68，损耗角正切值为0.03，厚度为1mm。

4.如权利要求1所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，内部馈线(4)和外部馈线(3)，为前后对称分布；

U形贴片(21)、三叉形贴片(22)以及内部馈线(4)和外部馈线(3)的中心对称线，位于同一直线上。

5.如权利要求1所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，U形贴片(21)的外部长和宽分别为20mm和20mm，U形贴片(21)上的每条边框的宽度为2.5mm。

6.如权利要求1所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，三叉形贴片(22)上每个叉的宽度为1.5mm；

并且，任意相邻的两个叉的间距均为2mm；

位于左右两侧的叉的长度为5mm，中间叉的长度为6mm。

7.如权利要求1所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，内部馈线(4)的尺寸为：长度3mm和宽度1.5mm，为长方形；

外部馈线(3)的尺寸为：长度5mm和宽度3mm，为长方形。

8.如权利要求1所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，介质基板(1)的形状为正方形，长度和宽度均为25mm；

接地板(5)的长度和宽度，分别为10mm和3mm。

9.如权利要求1所述的用于穿戴式设备的柔性天线，其特征在于，接地板(5)和辐射贴片(2)位于同一个平面；

辐射贴片(2)和接地板(5)，都位于介质基板(1)的同一侧；

辐射贴片(2)由印刷电子工艺加工制得。

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