新闻资讯

柔性可穿戴电子是生物医学领域的研究热点，而能够贴合皮肤的柔性天线是其关键部件，柔性天线可用于贴附在人体皮肤外表面的电子设备与个人无线终端之间的通信。随着5G技术的到来，无线通信技术的快速发展，以及可穿戴设备在日常生活中的应用越来越广泛，基于天线结构和小型传感器的无线通信系统 的要求越来越高。电子器件的发展正朝着微型化、便携化、智能化的方向发展，尤其是在可穿戴电子领域。因此，为了满足通信和信息技术的发展需求，对移动和柔性天线的研究越来越受到人们的关注。最近关于柔性天线的研究主要集中在天线结构设计和柔性天线的制造方法上。本文旨在探索一种基于喷墨技术的创新天线设计，通过结合分形天线和蜿蜒天线的优点，实现超宽带特性，同时避免了传统微带天线的体积和厚度限制。

为了实现这一目标，研究采用聚酰亚胺薄膜（厚0.05mm）作为天线的柔性基材，银涂层作为辐射导体。通过HFSS仿真优化了天线的结构参数，使用MicroFab的Jetlab Ⅱ喷墨打印系统将天线结构直接打印在柔性基材上，天线结构及模型如图1所示。

喷墨打印银纳米粒子后，天线在250℃下烧结2小时，进行退火并去除墨水中的有机溶剂。印刷电极的厚度约为800-1000nm。

▲ 图1 图1 天线结构和模型。（A）天线配置（总长度L=30 mm，总宽度W=30 mm，基材厚度h= 0.05mm）。（B）三层矩形模体。（C）横向弯曲模态。（D）纵向弯曲模态。

喷墨打印银纳米粒子后，天线在250℃下烧结2小时，进行退火并去除墨水中的有机溶剂。印刷电极的厚度约为800-1000nm。

▲ 图2 天线处理和测量设置。（A，B）基于喷墨打印的天线。（C）天线与SMA端口连接。（D）平面状态下的天线。（E）纵向弯曲状态下的天线。（F）横向弯曲状态下的天线。（G）人体和天线效应测量装置。

实验结果显示，所设计和制备的天线具有出色的性能参数。中心频率为2.5GHz，谐振点回波损耗为-32dB，天线的-10dB截止间隔下限频率fL约为2GHz，上限频率fH约为2.85GHz。绝对带宽约为850MHz，这与研究团队的仿真结果相一致。这表明所设计的天线具有良好的抗干扰能力，并且能在宽频带范围内实现可靠的信号传输。

▲ 图3 天线性能的测量结果。（A）S11天线仿真与测试的比较。（B）S11天线横向弯曲情况图。（C）S11天线纵向弯曲情况图。（D）S11人体和天线效应情况图。

传统的天线制备方法往往需要昂贵的设备和复杂的工序，而喷墨打印技术可以将天线结构直接打印在柔性基材上，大大降低了制备的成本和复杂度。制备结构精确，提高了天线的性能和可靠性。

在该研究中，研究团队利用喷墨打印技术实现了可弯曲天线的设计，为可穿戴设备和5G通信提供了一种有效的解决方案。通过结合分形天线和蛇形天线的优点，实现了超宽带特性，同时避免传统微带天线的厚度和体积问题。喷墨打印技术的应用为天线制备提供了低成本、高效率的新途径，且可在柔性材料上直接打印精确的天线结构，实现了可弯曲性能。这不仅使天线在可穿戴设备领域应用更加灵活，还提供了在高密度通信环境下表现出色的抗干扰能力。该研究的成果展示了喷墨打印技术在天线设计与制备中的创新性和优点，预示着可弯曲天线在未来的应用前景中的潜力。