Компактная конформная татуировка

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 9678 (2023) Цитировать эту статью

493 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой статье представлена ​​компактная, низкопрофильная и легкая носимая антенна размером 35,0 × 35,0 × 2,7 мм3 для беспроводной передачи энергии на теле. Предложенную антенну можно легко распечатать на кусочке гибкой бумаги для татуировок и трансформировать на подложку из PDMS, благодаря чему вся конструкция антенны будет соответствовать человеческому телу и будет более удобной для пользователя. Здесь между антенной и тканями человека вставлен слой частотно-избирательной поверхности (FSS), что успешно снижает воздействие нагрузки на ткани, улучшая коэффициент усиления антенны на 13,8 дБ. Кроме того, деформация не сильно влияет на рабочую частоту ректенны. Чтобы максимизировать эффективность преобразования RF-DC, в антенну интегрированы согласующий контур, согласующий шлейф и две связанные линии для настройки ректенны таким образом, чтобы можно было достичь широкой полосы пропускания (~ 24%) без использования какого-либо внешнего согласования. сети. Результаты измерений показывают, что предлагаемая ректенна может достичь максимального КПД преобразования 59,0% при входной мощности 5,75 мкВт/см2 и даже превышать 40% при низкой входной мощности 1,0 мкВт/см2 при резистивной нагрузке 20 кОм, в то время как многие другие заявленные ректенны могут обеспечить высокий PCE только при высоком уровне плотности мощности, что не всегда практично для носимой антенны.

Носимая электроника в последние годы вызвала большой интерес благодаря ее широкому применению в нашей повседневной жизни. Их можно применять во многих местах, например, в умных часах, умной одежде и устройствах мониторинга здоровья в режиме реального времени1. Однако одним из основных ограничивающих факторов большинства коммерческих носимых электронных устройств являются их источники питания2. Большинство этих электронных устройств работают от батарей, но, к сожалению, срок службы самой батареи ограничен, а ее объем не уменьшается так быстро, как электроника3. В настоящее время, с быстрым развитием технологии 5G, где массово используются методы формирования луча, беспроводная микроволновая передача энергии (WPT) стала привлекательным решением проблемы зарядки энергии4.

В последние годы широко сообщалось о гибких микроволновых антеннах, изготовленных из тканевых материалов, для носимых устройств5,6. Носимую антенну также можно изготовить путем нанесения гальванического покрытия тонкой металлической фольги, такой как медь7 и золото8, на эластичные диэлектрические подложки, а также путем струйной печати проводящих чернил из наночастиц9 на гибкие подложки. Для изготовления носимых антенн выбирают мягкие ткани из-за их хорошей формы, гибкости и низкой стоимости10. Несмотря на эти превосходные характеристики, диэлектрические потери тканого материала могут достигать 8,5 дБ/м11. Кроме того, в вышивальной антенне, описанной в ссылке 5, наблюдалось снижение усиления из-за более высокого сопротивления проводящей нити. Об антеннах, напечатанных на струйной печати, которые создаются с использованием проводящих чернил на основе наночастиц на гибких подложках, таких как каптон и ПЭТ, также сообщается в ссылках 9,12. Несмотря на то, что эти проводящие чернила на основе наночастиц могут обеспечивать высокую проводимость, их можно печатать только на определенных подложках и носителях13. Например, самоспекающиеся серебряные чернила, описанные в ссылке 12, могут обеспечить низкую стойкость только при использовании коммерческих печатных листов. Это, безусловно, ограничит совместимость проводящих чернил на основе наночастиц, поскольку на эффективность излучения антенны во многом влияют диэлектрические потери подложки и проводимость следа проводящих чернил14. Кроме того, точное нанесение проводящих чернил на подложку требует сложного процесса, в результате чего изготовление становится медленным и немасштабируемым процессом15. В работах 7,8 также сообщалось о носимой антенне, которая была изготовлена ​​с использованием гальванического покрытия тонкой металлической фольги, такой как медь и золото, на эластичных диэлектрических подложках. Однако эти антенны не способны выдерживать растягивающую нагрузку16. Поэтому существует желание иметь компактную, гибкую, стабильную, конформную и простую в изготовлении СВЧ-антенну для носимых устройств.