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可穿戴天线用三维打印柔性异质基板设计的特性研究

DOI:10.1109/TAP.2019.2896762 期刊:IEEE Transactions on Antennas and Propagation 出版年份:2019 更新时间:2026-01-09 18:45:10
摘要: 本文提出了一种新颖且可扩展的方法,用于实现三维(3D)打印的柔性基底,以制造具有可定制增益和带宽的可穿戴天线。所展示的异质基底设计采用双挤出熔融沉积建模(FDM)打印机打印,由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)模块与柔性的NinjaFlex(NF)材料组合构成。这两种具有相似介电常数的材料结合后,会在基底中形成损耗角正切的分布,从而在保持柔性的同时控制其射频性能。为展示该方法的通用性,设计了三种柔性3D打印微带贴片天线(MPA)原型,在2.4 GHz频率下实现并测量,通过不同曲率表征其射频性能。预测结果与实验结果高度吻合。所有三种设计均表现出随曲率变化的稳定性,谐振频率偏移小于1.4%。通过调整ABS与NF的面积比例,观察到增益最高提升250%,带宽最高提升400%。此外,这些柔性天线设计经过人体接触测试(适用于可穿戴应用),测得的射频性能保持稳定。这种采用任意形状模块阵列的异质基底设计方法具有可扩展性、简单性,可应用于多种需要柔性的射频设计场景。
作者: M. Ramadan,R. Dahle
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研究概述 实验方案 设备清单

研究用于可穿戴天线的三维打印柔性异质基板的开发,以实现可定制的增益和带宽,同时在弯曲和人体接触下保持柔韧性和稳定性。

采用ABS和NF材料通过3D打印技术设计的异质基底,能够制造出在弯曲和人体接触条件下性能稳定的柔性可穿戴天线。关键发现包括:谐振频率偏移小于1.4%,增益最高提升250%,带宽最大增加400%(随材料配比变化而异)。该方法具有可扩展性,适用于各类射频设计,凸显其在定制化、强健可穿戴天线应用中的潜力。

该研究聚焦于特定材料(ABS和NF)及单一频率(2.4 GHz),这可能限制其推广至其他材料或频率的适用性。文中虽提及可扩展性及在其他射频应用中的实施,但未进行充分验证。

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