[发明专利]一种紧凑型2.45GHz柔性可穿戴石墨烯天线

说明书

技术领域

本发明属于天线领域，具体设计涉及一种紧凑型2.45GHz柔性可穿戴石墨烯天线。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展以及可穿戴消费电子的兴起，以人体为中心的无线通讯系统已经成为当今的研究热点之一。人体无线通讯系统第四代移动通信的重要组成部分，在医疗康复、健康监测、体育运动以及消防安全等领域发挥着重要的作用。自赫兹和马可尼发明天线以来，天线在人类的社会生活中扮演者重要的角色。天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，是无线通信系统中的重要环节，天线的性能将直接影响到通信系统的品质。为满足个人通信技术对天线特性的要求，研究一种具备柔性、可穿戴特点的天线显得尤为重要。

所谓可穿戴天线，首先要求天线具备柔性特点，能够很好地穿戴于人体或与其他可穿戴设备共形，通过将天线附着于衣物、穿戴设备上，实现无线通信。可穿戴天线最早可追溯到用于军队战术通信的鞭状天线，这种天线基于尺寸原因，很容易暴露目标，较为理想的可穿戴天线应具备质轻便携、稳定可靠、易于共形等特点。对于柔性可穿戴天线研究更为倾向于低轮廓的印刷天线，尤其是贴片天线和缝隙天线，这两种平面结构的天线因具备质量轻、剖面低、体积小等优势在可穿戴天线研究中备受关注。

目前，国内对于天线的研究绝大多数处于以FR4(玻璃纤维环氧树脂板)、RT5880/RT6002和F4BM微波介质板为基材，这类天线通常不可弯曲，可穿戴性差。国内对于柔性可穿戴天线的研究较少，电子科技大学的徐凌提出了一种基于导电织物可穿戴天线，该天线工作于2.45GHz，具备轻便、易携带、隐蔽性好等特点。西安电子科技大学的赵程光利用柔性铜箔设计了一种可穿戴偶极子天线，却存在不易穿戴、共形性差等弊端，有待进一步完善。程春霞等人介绍了一种能与服装完全共形的柔性微带线，天线材质选用常规的毛毯和铜箔，并对天线在平放和弯曲条件下进行性能测试。

总结国外对于柔性可穿戴天线的研究具备如下特点，其柔性基体通常采用聚酰亚胺(polyimide,PI)、高分子聚合物(polydimenthysiloxane,PDMS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate,PET)、丝织物(Textle)等几类，导电材质主要为金属导电液、银纳米线(AgNW)、碳纳米管(CNTs)以及金属纳米颗粒等。美国北卡罗来纳州大学的Ju Hee So等人以PDMS为柔性介质，将液态金属注入预留管道以制备柔性偶极子天线，该天线具有机械弯曲与可重构特点。对于填充液态金属类柔性天线，通常存在柔性介质破损时会导致液态金属泄露等弊端。Song Lingnan等人介绍了一种AgNW/PDMS可拉伸特点的柔性矩形微带天线，银纳米线成为研究新型可穿戴或透明天线的首选，却因价格昂贵不易大规模推广。铜或铝等金属纳米粒子价格较银纳米线低廉却存在易于氧化的缺点。

近期，曼彻斯特大学的研究人员提出了利用石墨烯在衣服上打印出天线的方法，与传统用金属制造天线的方法相比，该方法更加便宜、灵活，同时导电性能提升了近50倍。佐治亚理工学院的研究员称，新型石墨烯天线不像铜或其他材料，石墨烯使用较少的能源就能运作，由于石墨烯的蜂窝结构，其表面产生电子表面波的范围也最广，其通信距离亦将得到进一步提升。Huang Xianjun等人提出了一种石墨烯偶极子天线，并通过仿真和测试对其性能进行验证。由此可见，石墨烯作为新一代功能材料，具有高导电性、质量轻、结构坚硬以及透明性等优势，成为研究柔性可穿戴的天线焦点。

发明内容

本发明提出了一种中心频率为2.45GHz、结构紧凑的柔性可穿戴天线结构，利用石墨烯制备高导电辐射贴片，以PDMS为柔性基体，旨在解决现有非柔性天线不易共形、可穿戴性差等问题。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明紧凑型2.45GHz柔性可穿戴石墨烯天线，其特点在于：是在一矩形柔性基体的下表面设置有矩形接地平面，上表面设置有辐射贴片；所述辐射贴片和所述接地平面均以石墨烯为材质。

本发明紧凑型2.45GHz柔性可穿戴石墨烯天线，其特点在于：

所述辐射贴片呈“T”形，且“T”形的“︱”部分底边与所述接地平面的一长边及所述柔性基体的一长边相对齐；

在所述“T”形的“—”部分的底边上、位于“︱”部分的两侧对称开设有两“︱”形缝隙；在所述“T”形的“—”部分上开设有开口朝向“—”部分底边的“E”形缝隙；两“︱”形缝隙和“E”形缝隙呈叉指结构。