一種立式的柔性可拉伸天線及其制作方法【專利摘要】一種立式的柔性可拉伸天線，屬于天線
技術(shù)領(lǐng)域：
。包括可拉伸基板、圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板、同軸電纜，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板包括天線結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)與可拉伸基板連接，并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)中的金屬層與同軸電纜饋電，以實(shí)現(xiàn)天線與收發(fā)信機(jī)之間的電信號(hào)能量傳輸，所述天線結(jié)構(gòu)在可拉伸基板上為拱形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的立式可拉伸天線在使用時(shí)不會(huì)破壞天線結(jié)構(gòu)，且在大幅度拉伸和彎曲下仍能實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的穩(wěn)定傳播，實(shí)現(xiàn)了在較大的拉伸條件下天線性能的穩(wěn)定性，從而保證了可穿戴通訊系統(tǒng)通訊效果的穩(wěn)定性；制作方法簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?！緦＠f(shuō)明】一種立式的柔性可拉伸天線及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明屬于天線
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種立式的柔性可拉伸天線及其制作方法?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]可穿戴式柔性天線具有柔軟、易彎曲和可扭轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于可穿戴通訊領(lǐng)域。常規(guī)的柔性天線只具備可彎曲性而不具備可拉伸性，使得其在應(yīng)用中存在諸多限制，因此，研究和制作可拉伸天線對(duì)柔性天線的發(fā)展和應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用。[0003]目前，對(duì)可拉伸天線的研究主要是基于可拉伸襯底以及天線結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行的。Song，L等(Song，L.,Myers,A.C.,Adams,J.J.&Zhu,Y.Stretchableandreversiblydeformablerad1frequencyantennasbasedonsilvernanowires.ACSappliedmaterials&interfaces6,4248-4253(2014))在PDMS柔性基底上利用銀納米線制作拉伸性達(dá)I5%的可拉伸天線，天線中心頻率從2.96GHz漂移到3.06GHz，Z等(Li，Z.etal.Rat1nalDesignofaPrintable,HighlyConductiveSilicone-basedElectricalIyConductiveAdhesiveforStretchableRad1-FrequencyAntennas.AdvancedFunct1nalMaterials25,464-470(2015))公開(kāi)了一種高電導(dǎo)率娃膠的天線結(jié)構(gòu)，在其使用范圍內(nèi)拉伸性可達(dá)60%C3Liu,Q等(Liu,Q.,Ford,K.L.,Langley,R.,Robinson,A.&Lacour,S.1nAntennasandPropagat1n(EUCAP)，20126thEuropeanConferenceon.168-171(IEEE))公開(kāi)了一種拉伸性為20%的倒F形天線。Hussain，A.M(Hussain,A.M.etal.Metal/PolymerBasedStretchableAntennaforConstantFrequencyFar-FieldCommunicat1ninWearableElectronics.AdvancedFunct1nalMaterials25,6565-6575，do1:10.1002/adfm.201503277(2015))公開(kāi)了一種拉伸性為30%的半圓形彈黃狀天線。Fan，J.A等(Fan，J.A.etal.Fractaldesignconceptsforstretchableelectronics.NatureCommunicat1ns5,do1:10.1038/ncomms4266(2014))公開(kāi)了一種拉伸性為30%的自相似分形天線結(jié)構(gòu)。上述天線僅具備小幅度的可拉伸性，在可穿戴通訊領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)會(huì)存在很多限制，因此研制能適應(yīng)較大形變的天線顯得尤為重要。【
發(fā)明內(nèi)容】[0004]本發(fā)明針對(duì)【
背景技術(shù)：
】存在的缺陷，提出了一種立式的柔性可拉伸天線及其制作方法，有效解決了柔性天線拉伸性能差、制作成本高、穿戴過(guò)程中性能不穩(wěn)定的問(wèn)題。本發(fā)明可拉伸天線采用立式結(jié)構(gòu)，使用時(shí)不會(huì)破壞天線結(jié)構(gòu)，且在大幅度拉伸和彎曲下仍能實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的穩(wěn)定傳播;制作方法簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:[0006]—種立式的柔性可拉伸天線，包括可拉伸基板、圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板、同軸電纜，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板包括天線結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)與可拉伸基板連接，并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)中的金屬層與同軸電纜饋電，以實(shí)現(xiàn)天線與收發(fā)信機(jī)之間的電信號(hào)能量傳輸，所述天線結(jié)構(gòu)在可拉伸基板上為拱形結(jié)構(gòu)。[0007]進(jìn)一步地，所述立式的柔性可拉伸天線在制作時(shí)，首先將圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板中的支撐結(jié)構(gòu)固定于預(yù)拉伸至一定程度的可拉伸基板上，然后釋放可拉伸基板，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板即會(huì)在可拉伸基板上拱起，形成立式的柔性可拉伸天線。[0008]進(jìn)一步地，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板中的天線結(jié)構(gòu)的拱起高度可通過(guò)控制可拉伸基板的預(yù)拉伸程度進(jìn)行控制。[0009]進(jìn)一步地，所述天線結(jié)構(gòu)的拱起高度為[0010]進(jìn)一步地，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板中的柔性介質(zhì)基板為不可拉伸基板。[0011]進(jìn)一步地，所述可拉伸基板為楊氏模量為1kPa?1MPa的高分子固化物，具體為PDMS(聚二甲基娃氧燒)、ecofIex(脂肪族芳香族無(wú)規(guī)共聚酯)等。[0012]進(jìn)一步地，所述可拉伸基板的厚度為0.2-5mm。[0013]進(jìn)一步地，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板包括一段蛇形結(jié)構(gòu)和兩段條形結(jié)構(gòu)組成的天線結(jié)構(gòu)，以及兩個(gè)啞鈴狀結(jié)構(gòu)組成的支撐結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)啞鈴狀結(jié)構(gòu)的中間部分的一側(cè)通過(guò)條形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與蛇形結(jié)構(gòu)的連接，另一側(cè)設(shè)置一槽形，用于與可拉伸基板進(jìn)行粘貼固定。如圖3所示，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板的支撐結(jié)構(gòu)中，U，L2，L3，L4為l-10mm，L5為0.5_5mm;天線結(jié)構(gòu)中，LS3-30mm，W2S0.4-4mm，wiS0.2_2mm，d為0.2_2mm，D為3.2_32mm。[0014]進(jìn)一步地，所述天線結(jié)構(gòu)為左右對(duì)稱結(jié)構(gòu);所述支撐結(jié)構(gòu)為上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)，用于實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)與基板之間的連接、支撐天線結(jié)構(gòu)以及與同軸電纜之間進(jìn)行饋電。[0015]進(jìn)一步地，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板是在聚酰亞胺等柔性介質(zhì)基板上通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射等方法制備金屬膜，然后通過(guò)機(jī)械雕刻或激光刻蝕等方法形成天線結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)得到;或者首先將聚酰亞胺等柔性介質(zhì)基板通過(guò)機(jī)械雕刻或激光刻蝕等方法形成天線結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)，然后再通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射等方法在其上制備金屬膜，得到圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板。[0016]進(jìn)一步地，所述同軸電纜包括內(nèi)導(dǎo)體、介質(zhì)層、外導(dǎo)體和保護(hù)層，其一端為SMA母頭，另一端為裸線，支撐結(jié)構(gòu)的金屬層通過(guò)裸線部分與同軸電纜連接;所述內(nèi)導(dǎo)體的裸露部分<1mm，介質(zhì)層裸露l_2mm，外導(dǎo)體裸露2-100mm。[0017]進(jìn)一步地，所述同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體與支撐結(jié)構(gòu)的金屬層通過(guò)銀漿或銀漆粘接，或者通過(guò)焊錫點(diǎn)焊接。[0018]—種立式的柔性可拉伸天線的制作方法，包括以下步驟:[0019]步驟1:將可拉伸基板預(yù)拉伸至一定程度；[0020]步驟2:制作圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板，然后將圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板中的支撐結(jié)構(gòu)固定于步驟I預(yù)拉伸至一定程度的基板上；[0021]步驟3:釋放可拉伸基板，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板即會(huì)在可拉伸基板上拱起，從而得到立式的柔性可拉伸天線。[0022]本發(fā)明的有益效果為:[0023]1、本發(fā)明提供的立式可拉伸天線在使用時(shí)不會(huì)破壞天線結(jié)構(gòu)，且在大幅度拉伸和彎曲下仍能實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的穩(wěn)定傳播，實(shí)現(xiàn)了在較大的拉伸條件下天線性能的穩(wěn)定性，從而保證了可穿戴通訊系統(tǒng)通訊效果的穩(wěn)定性。[0024]2、本發(fā)明立式可拉伸天線的制作方法簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。【附圖說(shuō)明】[0025]圖1為本發(fā)明提供的一種立式的柔性可拉伸天線的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I為可拉伸基板，2為天線結(jié)構(gòu)，3為支撐結(jié)構(gòu)，4為支撐結(jié)構(gòu)饋電區(qū)域，5為同軸電纜；[0026]圖2為實(shí)施例的柔性可拉伸天線的制備流程示意圖；[0027]圖3為實(shí)施例的柔性可拉伸天線中圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板的示意圖；[0028]圖4為實(shí)施例的柔性可拉伸天線在不同拉伸程度下(拉伸0%、拉伸100%、拉伸200%)SII參數(shù)隨頻率變化的曲線圖?！揪唧w實(shí)施方式】[0029]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，詳述本發(fā)明的技術(shù)方案。[0030]如圖1所示，為本發(fā)明提供的一種立式的柔性可拉伸天線的結(jié)構(gòu)示意圖，包括可拉伸基板、圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板、同軸電纜，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板包括天線結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)與可拉伸基板固定連接，并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)中的金屬層與同軸電纜饋電，以實(shí)現(xiàn)天線與收發(fā)信機(jī)之間的電信號(hào)能量傳輸，所述天線結(jié)構(gòu)在可拉伸基板上為拱形結(jié)構(gòu)。[0031]進(jìn)一步地，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板的支撐結(jié)構(gòu)通過(guò)點(diǎn)膠的方法粘貼到預(yù)拉伸的基板上，固定后釋放預(yù)拉伸，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板拱起，即可在可拉伸基板上形成立式的柔性可拉伸天線。[0032]進(jìn)一步地，所述同軸電纜包括內(nèi)導(dǎo)體、介質(zhì)層、外導(dǎo)體和保護(hù)層，其一端為SMA母頭，另一端為裸線，支撐結(jié)構(gòu)的金屬層通過(guò)裸線部分與同軸電纜連接;所述內(nèi)導(dǎo)體的裸露部分<1mm，介質(zhì)層裸露l_2mm，外導(dǎo)體裸露2-100mm。[0033]進(jìn)一步地，所述支撐結(jié)構(gòu)中的金屬層與同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體焊接作為饋電，焊接點(diǎn)一端為支撐結(jié)構(gòu)中的金屬層，另一端為同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體。[0034]實(shí)施例[0035]本實(shí)施例立式的柔性可拉伸天線的基板為ecoflex(脂肪族芳香族無(wú)規(guī)共聚酯)，厚度為1.835mm;圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板中的柔性介質(zhì)基板為75μηι厚的聚酰亞胺，金屬為50nm厚的金；如圖3所示，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板的支撐結(jié)構(gòu)中:Li=Imm，12=1mm,T,3=1mmΛλ=1mm，Ls=0.5mm，天線結(jié)構(gòu)中:L=3mm,W2=0.4mm,wi=0.2mm,d=0.2mm，D=3.2mm0[0036]如圖2所示，實(shí)施例立式的柔性可拉伸天線的制作方法，具體包括以下步驟:[0037]步驟1、將ecoflex的A膠和B膠按照體積比為1:1的比例混合，在0.1Torr的真空環(huán)境下放置3?1min以除去氣泡;然后倒入培養(yǎng)皿中靜置24小時(shí)后，切割為2.5cmX2.5cm的大小，得到可拉伸基板，其厚度為1.835mm;[0038]步驟2、圖形化的柔性介質(zhì)基板的制備:將厚度為75μπι的聚酰亞胺膜粘到熱釋放膠帶上，然后放入機(jī)械雕刻機(jī)的切割墊上，采用機(jī)械雕刻法形成天線結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)的圖形；[0039]步驟3、將步驟2得到的帶圖形化的聚酰亞胺膜的熱釋放膠帶從切割墊上剝離；[0040]步驟4、在步驟3得到的圖形化的聚酰亞胺膜表面采用磁控濺射法制備厚度為50nm的金層；[0041]步驟5、將鍍完金膜的聚酰亞胺膜放入烘箱中90°C保溫20min，通過(guò)機(jī)械剝離的方法將熱釋放膠帶剝離，得到圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板；[0042]步驟6、將步驟I得到的可拉伸基板采用單軸拉伸夾具拉伸至200%，得到預(yù)拉伸基板；[0043]步驟7、將步驟5得到圖形化的帶金層的聚酰亞胺膜粘貼于步驟6預(yù)拉伸基板上:將圖形化的帶金層的聚酰亞胺膜中的支撐結(jié)構(gòu)部分采用點(diǎn)膠方法粘貼于預(yù)拉伸基板上，靜置24小時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)與預(yù)拉伸基板的固定，其中，點(diǎn)膠時(shí)使用的膠為ecoflex的A膠和B膠按照體積比為1:1的比例混合得到的；[0044]步驟8、選取長(zhǎng)度為1.2mm的一端為SMA母頭、另一端為裸線的同軸電纜，將裸線的一端進(jìn)行逐層剝離，同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體的裸露部分1mm，介質(zhì)層裸露2mm，外導(dǎo)體裸露30mm;將同軸電纜的外導(dǎo)體懸空，內(nèi)導(dǎo)體采用點(diǎn)焊或銀漿連接上述支撐結(jié)構(gòu)表面的金屬層；[0045]步驟9、將預(yù)拉伸基板釋放，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板拱起，即可得到本發(fā)明所述立式的柔性可拉伸天線。[0046]將實(shí)施例制得的立式的柔性可拉伸天線分別拉伸到0%、拉伸100%、拉伸200%后，測(cè)試其性能。圖4為實(shí)施例的柔性可拉伸天線在不同拉伸程度下(拉伸0%、拉伸100%、拉伸200%)S11參數(shù)隨頻率變化的曲線圖；由圖4可知，當(dāng)實(shí)施例的柔性可拉伸天線的拉伸程度為200%時(shí)，其使用的中心頻率穩(wěn)定在5.61GHz，且?guī)挷话l(fā)生變化。而目前報(bào)道的可拉伸天線最大拉伸性為120%，且中心頻率和帶寬不穩(wěn)定，因此，本發(fā)明提供的立式的柔性可拉伸天線在較大的拉伸強(qiáng)度下仍具有良好的穩(wěn)定性，適用于可穿戴天線領(lǐng)域。【主權(quán)項(xiàng)】1.一種立式的柔性可拉伸天線，包括可拉伸基板、圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板、同軸電纜，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板包括天線結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)與可拉伸基板連接，并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)中的金屬層與同軸電纜饋電，所述天線結(jié)構(gòu)為拱形結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式的柔性可拉伸天線，其特征在于，所述立式的柔性可拉伸天線在制作時(shí)，首先將圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板中的支撐結(jié)構(gòu)固定于預(yù)拉伸的可拉伸基板上，然后釋放可拉伸基板，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板即會(huì)在可拉伸基板上拱起，形成立式的柔性可拉伸天線。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式的柔性可拉伸天線，其特征在于，所述可拉伸基板為楊氏模量為IOkPa?IOMPa的高分子固化物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式的柔性可拉伸天線，其特征在于，所述可拉伸基板為PDMSI^ecoflex05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式的柔性可拉伸天線，其特征在于，所述天線結(jié)構(gòu)的拱起高度為0mm-5mmo6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式的柔性可拉伸天線，其特征在于，所述圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板包括一段蛇形結(jié)構(gòu)和兩段條形結(jié)構(gòu)組成的天線結(jié)構(gòu)，以及兩個(gè)啞鈴狀結(jié)構(gòu)組成的支撐結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)啞鈴狀結(jié)構(gòu)的中間部分的一側(cè)通過(guò)條形結(jié)構(gòu)與蛇形結(jié)構(gòu)連接，另一側(cè)設(shè)置一槽形，用于與可拉伸基板進(jìn)行粘貼固定。7.—種立式的柔性可拉伸天線的制作方法，包括以下步驟:步驟1:將可拉伸基板預(yù)拉伸；步驟2:制作圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板，然后將圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板中的支撐結(jié)構(gòu)固定于步驟I預(yù)拉伸的基板上；步驟3:釋放可拉伸基板，圖形化的金屬/柔性介質(zhì)基板即會(huì)在可拉伸基板上拱起，得到立式的柔性可拉伸天線。【文檔編號(hào)】H01Q1/12GK105870573SQ201610342913【公開(kāi)日】2016年8月17日【申請(qǐng)日】2016年5月20日【發(fā)明人】林媛,顏?zhàn)砍?潘泰松,姚光,黃振龍,高敏【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)