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无线、可穿戴发射器

目前对柔性电子产品的研究正在为可以佩戴在身体上并收集各种医疗数据的无线传感器铺平道路。但如果没有类似的灵活传输设备,这些传感器将需要有线连接来传输健康数据。

与可穿戴传感器一样,可穿戴发射器需要在人体皮肤上安全使用,在室温下正常工作,并且能够承受扭曲、压缩和拉伸。然而,发射器的灵活性带来了独特的挑战:当天线被压缩或拉伸时,它们的共振频率 (RF) 会发生变化,并且它们发射的无线电信号的波长可能与天线预期接收器的波长不匹配。

研究人员已经创建了一种灵活的、可穿戴的分层发射器。在以前的工作的基础上,他们制造了一个铜网,上面有重叠的波浪线图案。该网格构成接触皮肤的底层和用作天线中的辐射元件的顶层。顶层在压缩时会形成双拱形,在拉动时会拉伸——并以有序的步骤在这些阶段之间移动。天线网状结构的拱形、展平和拉伸过程提高了层的整体灵活性,并减少了天线状态之间的射频波动。

底部网状层可防止无线电信号与皮肤相互作用。除了防止组织损伤之外,这种实施方式还避免了由组织降解信号引起的能量损失。天线保持稳定射频的能力还允许发射器从无线电波中收集能量,从而有可能降低外部来源的能量消耗。

该发射器可以在近 300 英尺的范围内发送无线数据,可以轻松集成多个计算机芯片或传感器。随着进一步的研究,它可以在健康监测和临床治疗以及能量产生和储存方面得到应用。

在开发出可伸缩天线原型后,研究人员对其进行了分析,以确定用于微调此类设备的新基本途径,该设备可应用于类似的未来研究。该团队制造了一个带有层和网格图案的天线,类似于他们之前的原型,但缺少双拱压缩结构。他们测量了天线在网格以不同间隔拉伸时的变形,然后使用计算机模拟来检查变形与天线性能之间的关系。

为了简化对天线无线电信号传输的分析,研究人员使用数学技术将某些测量值(例如重复网格图案的宽度和角度)转换为恒定值。通过这个称为归一化的过程,研究人员可以通过否定归一化变量的影响来关注特定变量之间的关系。

研究小组发现,不同变量的归一化为定制天线性能提供了多种途径。他们还发现,即使使用相同的归一化变量集,网格的模拟几何形状也会产生不同的结果。

尽管研究人员分析了可穿戴天线的特性,但这些方法可以应用于其他射频设备。该研究可能会导致佩戴在身体上的传感器和发射器网络相互通信并与外部设备通信。

在此处观看 Tech Briefs TV 上的视频。欲了解更多信息,请联系 Megan Lakatos,此电子邮件地址已收到反垃圾邮件插件保护。您需要启用 JavaScript 才能查看它。 814-865-5544。


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