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      材料沉積噴墨打印及
      涂層系統解決方案

      新聞資訊

      為推動多種溶液法加工及納米材料沉積噴墨打印技術在印刷電子和生物等科學研究及工業領域的應用和發展而不懈努力。

      用于可穿戴電子產品的噴墨打印可彎曲天線

      發布時間:2023-10-13
      發布人:用于可穿戴電子產品的噴墨打印可彎曲天線

      天津大學生物信息測量與生物制造實驗室的栗大超教授團隊使用MicroFab噴墨打?。↗etlab Ⅱ)技術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,絕對帶寬為850MHz,與仿真結果一致。研究進行了小尺寸30×30×0.05mm3的可彎曲共面波導天線的制備,實現了超寬帶特性,同時避免了傳統微帶天線介電層厚度大(大于1mm)和體積大的問題。當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,與無彎曲情況相比,可彎曲天線的回波損耗在-14dB以內。展示出噴墨打印技術在可彎曲柔性天線的潛力,并有望用于可穿戴應用。


      介紹

      柔性可穿戴電子是生物醫學領域的研究熱點,而能夠貼合皮膚的柔性天線是其關鍵部件,柔性天線可用于貼附在人體皮膚外表面的電子設備與個人無線終端之間的通信。隨著5G技術的到來,無線通信技術的快速發展,以及可穿戴設備在日常生活中的應用越來越廣泛,基于天線結構和小型傳感器的無線通信系統 的要求越來越高。電子器件的發展正朝著微型化、便攜化、智能化的方向發展,尤其是在可穿戴電子領域。因此,為了滿足通信和信息技術的發展需求,對移動和柔性天線的研究越來越受到人們的關注。最近關于柔性天線的研究主要集中在天線結構設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的創新天線設計,通過結合分形天線和蜿蜒天線的優點,實現超寬帶特性,同時避免了傳統微帶天線的體積和厚度限制。

      為了實現這一目標,研究采用聚酰亞胺薄膜(厚0.05mm)作為天線的柔性基材,銀涂層作為輻射導體。通過HFSS仿真優化了天線的結構參數,使用MicroFab的Jetlab Ⅱ噴墨打印系統將天線結構直接打印在柔性基材上,天線結構及模型如圖1所示。

      噴墨打印銀納米粒子后,天線在250℃下燒結2小時,進行退火并去除墨水中的有機溶劑。印刷電極的厚度約為800-1000nm。

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      ▲ 圖1 圖1 天線結構和模型。(A)天線配置(總長度L=30 mm,總寬度W=30 mm,基材厚度h= 0.05mm)。(B)三層矩形模體。(C)橫向彎曲模態。(D)縱向彎曲模態。

      噴墨打印銀納米粒子后,天線在250℃下燒結2小時,進行退火并去除墨水中的有機溶劑。印刷電極的厚度約為800-1000nm。

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      圖2 天線處理和測量設置。(A,B)基于噴墨打印的天線。(C)天線與SMA端口連接。(D)平面狀態下的天線。(E)縱向彎曲狀態下的天線。(F)橫向彎曲狀態下的天線。(G)人體和天線效應測量裝置。

      實驗結果顯示,所設計和制備的天線具有出色的性能參數。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。絕對帶寬約為850MHz,這與研究團隊的仿真結果相一致。這表明所設計的天線具有良好的抗干擾能力,并且能在寬頻帶范圍內實現可靠的信號傳輸。

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      圖3 天線性能的測量結果。(A)S11天線仿真與測試的比較。(B)S11天線橫向彎曲情況圖。(C)S11天線縱向彎曲情況圖。(D)S11人體和天線效應情況圖。

      傳統的天線制備方法往往需要昂貴的設備和復雜的工序,而噴墨打印技術可以將天線結構直接打印在柔性基材上,大大降低了制備的成本和復雜度。制備結構精確,提高了天線的性能和可靠性。


      結論

      在該研究中,研究團隊利用噴墨打印技術實現了可彎曲天線的設計,為可穿戴設備和5G通信提供了一種有效的解決方案。通過結合分形天線和蛇形天線的優點,實現了超寬帶特性,同時避免傳統微帶天線的厚度和體積問題。噴墨打印技術的應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構,實現了可彎曲性能。這不僅使天線在可穿戴設備領域應用更加靈活,還提供了在高密度通信環境下表現出色的抗干擾能力。該研究的成果展示了噴墨打印技術在天線設計與制備中的創新性和優點,預示著可彎曲天線在未來的應用前景中的潛力。


      參考文獻:

      [1] Yu H, Zhang X, Zheng H, Li D, Pu Z. An inkjet-printed bendable antenna for wearable electronics[J].Int J Bioprint. 2023 Mar 29;9(4):722. 

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