本發(fā)明涉及一種柔性微波天線/濾波器的測試方法。

背景技術：

1、柔性微波天線和濾波器因其輕質、可彎曲的特性，在現(xiàn)代電子設備中應用廣泛。隨著可穿戴設備、柔性顯示技術以及物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，對于能夠集成到這些設備中的高性能、可變形的微波組件的需求不斷增加。這些天線和濾波器不僅需要在傳統(tǒng)的通信設備中發(fā)揮作用，還需要適應各種極端的環(huán)境條件，如在彎曲、折疊或拉伸時保持性能穩(wěn)定。

2、在可穿戴場景中，柔性微波天線和濾波器可能會面臨各種機械形變，如拉伸、彎曲、扭曲和揉搓。這些形變會對天線和濾波器的微波特性產(chǎn)生顯著影響，包括阻抗變化、諧振頻率偏移以及輻射模式的改變。例如，當柔性天線在彎曲狀態(tài)下工作時，其電長度和阻抗會發(fā)生變化，可能導致信號傳輸效率下降。此外，扭曲和揉搓可能會引入額外的損耗，影響信號的完整性。因此，設計出能夠在這些復雜機械形變下保持性能穩(wěn)定的柔性微波天線和濾波器，是實現(xiàn)高性能可穿戴電子設備的關鍵。

3、同時，柔性微波天線和濾波器可能會面臨如拉伸、彎曲、扭曲和揉搓等各種機械形變時，還可能會導致金屬薄膜層由于應力作用而發(fā)生應變導致電阻率增大甚至斷裂，影響柔性微波天線和濾波器的電學功能。柔性微波天線和濾波器在設計時需要考慮其在實際應用中可能遇到的機械形變，這些形變包括拉伸、彎曲、扭曲和揉搓等。金屬薄膜層是構成天線和濾波器的關鍵部分，它在受到機械形變時，由于應力作用可能會遭受多種不良影響：

4、（1）電阻率增大：金屬薄膜在受到拉伸或壓縮應力時，其內部結構可能會發(fā)生晶格畸變，導致電子遷移率下降，從而引起電阻率的增大。

5、（2）斷裂：如果金屬薄膜層的應力超過其材料的屈服強度，可能會導致金屬薄膜層的斷裂，特別是在彎曲或扭曲形變下，薄膜的邊緣或局部區(qū)域可能會因為應力集中而發(fā)生斷裂。

6、（3）疲勞損傷：即使金屬薄膜層沒有立即斷裂，反復的機械形變也可能導致疲勞損傷，經(jīng)過一定周期的形變后，金屬薄膜層可能會突然斷裂。

7、（4）電學功能退化：金屬薄膜層的斷裂或電阻率增大都會導致天線和濾波器的電學功能退化，包括信號傳輸損耗增加、頻率響應特性變化等。

8、（5）可靠性降低：長期處于機械形變狀態(tài)下，金屬薄膜層的可靠性會降低，可能會在未知的某個時刻突然失效，這對于需要高可靠性的應用場景（如醫(yī)療設備、安全監(jiān)測等）是不可接受的。

9、測試柔性微波天線和濾波器在不同機械形變下的微波特性變化對于確保其可靠性和性能至關重要。這些測試可以幫助設計者理解材料在實際使用條件下的行為，從而優(yōu)化設計和材料選擇。然而，現(xiàn)有的測試方法往往只關注彎曲情況下的性能變化，忽略了拉伸、扭曲和揉搓等其他形變的影響。這種局限性可能會導致天線和濾波器在實際應用中的性能與預期存在偏差。因此，開發(fā)一種全面的測試方法，能夠模擬和評估柔性微波天線和濾波器在各種機械形變下的微波特性變化，對于推動柔性電子技術的發(fā)展具有重要意義。

10、目前，柔性微波天線和濾波器的測試方法存在一些明顯的缺點。首先，這些測試通常只在形變前后進行，而沒有考慮形變過程中的實時性能變化，這限制了對天線和濾波器在實際使用中性能的理解。其次，目前對柔性微波天線和濾波器的各種機械形變測試只有彎曲測試，即手工彎曲柔性微波天線和濾波器數(shù)次，然后測試其微波特性。第三，不同的形變測試需要使用不同的裝置，這不僅增加了測試的復雜性，也提高了成本。另外，現(xiàn)有的測試方法都是通過利用特定半徑的圓柱體對柔性微波天線和濾波器進行手動彎曲進行測試（如圖1和圖2所示），自動化程度低，無法適應數(shù)千次的耐性測試，也無法模擬不同彎曲半徑下不同彎曲次數(shù)的微波特性測試。

11、因此，迫切需要一種能夠同時測試多種機械形變影響的簡單、高效的測試方法。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是開發(fā)一種新的測試方法，用于全面評估柔性微波天線和濾波器在包括拉伸、彎曲、扭曲和揉搓在內的各種機械形變情況下的微波特性變化，彎曲、扭曲、揉搓的半徑、幅度、角度均可自由調節(jié)，且測試可自動化完成，完全避免手動操作的煩惱。

2、這種方法旨在克服現(xiàn)有測試技術的局限性，提供一種能夠實時監(jiān)測和分析天線和濾波器在實際使用條件下性能的解決方案。通過這種測試方法，可以更好地理解材料在復雜機械應力下的行為，從而優(yōu)化設計，提高柔性微波天線和濾波器的性能和可靠性，滿足可穿戴電子設備和其他柔性電子應用的需求。

3、本發(fā)明的技術方案能夠通過使用簡單的一套儀器裝備即可完成各種復雜的機械應力下的柔性微波天線/濾波器的微波特性測試，并且實現(xiàn)了在拉伸、彎曲、扭曲、揉搓等過程中的在線微波特性測試。

4、實現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術方案是：

5、一種柔性微波天線/濾波器的測試方法，該方法在同一臺測試裝置上完成拉伸、彎曲、扭曲、揉搓過程中在線測試柔性微波天線/濾波器的微波特性。

6、測試時，柔性微波天線/濾波器的一邊固定不動，另一邊夾持在xyzθ四自由度移動臺的夾具上，其中x、y、z、θ四個自由度的運動獨立可調，通過控制x、y、z、θ四個自由度的運動的單一或組合，實現(xiàn)柔性微波天線/濾波器被拉伸、彎曲、扭曲、揉搓，微波測試儀器在線連接至柔性微波天線/濾波器，實現(xiàn)在拉伸、彎曲、扭曲、揉搓過程中在線測試柔性微波天線/濾波器的微波特性。在本發(fā)明中，xyzθ四自由度移動臺屬于現(xiàn)有成熟的裝置，有多種商業(yè)型號可供選擇，因此這里不予詳細描述。

7、實現(xiàn)在同一臺測試裝置上完成拉伸、彎曲、扭曲、揉搓過程中在線測試柔性微波天線/濾波器的微波特性，包括：

8、（1）拉伸測試：通過控制xyzθ四自由度移動臺的x軸方向驅動塊施加周期性變化的拉力，模擬拉伸形變，并使用微波測試儀器實時監(jiān)測天線和濾波器的性能變化；

9、（2）彎曲測試：通過控制xyzθ四自由度移動臺的x軸方向驅動塊進行周期性位移變化，模擬彎曲形變，并記錄微波特性的變化；

10、（3）扭曲測試：通過控制y軸方向驅動塊進行周期性位移變化，模擬扭曲形變，并測試微波特性；優(yōu)選地，也可同時控制x軸或z軸的方向驅動塊進行周期性位移變化，模擬扭曲形變；

11、（4）揉搓測試：通過控制y軸和z軸方向驅動塊進行周期性位移變化，模擬揉搓形變，并進行微波特性測試。

12、測試方法具體包括如下步驟：

13、（1）將制造完成的柔性微波天線/濾波器相對的兩側邊緣分別固定在左、右兩個夾具上，其中，左側夾具固定在左邊的豎直設置的支撐板上，右側夾具固定在右邊豎直設置的xyzθ四自由度移動臺上；所述xyzθ四自由度移動臺在初始狀態(tài)下，左、右兩個夾具固定點正面相對且夾持面在同一平面內；所述xyzθ四自由度移動臺的各個自由度運動均由電機驅動；左、右兩個所述夾具還具有金手指、與金手指電連接的微波測試儀器的信號接口，金手指用于將柔性微波天線/濾波器電連接至微波測試儀器；

14、柔性微波天線/濾波器被夾具夾緊時，其信號輸入輸出端被壓緊在所述金手指上；

15、（2）驅動所述xyzθ四自由度移動臺，使得柔性微波天線/濾波器分別被拉伸、彎曲、扭曲、揉搓，在被拉伸、彎曲、扭曲、揉搓的同時，所述微波測試儀器測試所述柔性微波天線/濾波器的微波特性，并記錄數(shù)據(jù)；

16、（3）根據(jù)步驟（2）所得到的測試數(shù)據(jù)，評價所述柔性微波天線/濾波器耐拉伸、耐彎曲、耐扭曲、耐揉搓性能。

17、在步驟（2）中，具體實現(xiàn)如下：

18、（2-1）拉伸測試：輸入所述xyzθ四自由度移動臺的控制信號，驅動所述xyzθ四自由度移動臺的x軸方向驅動塊向遠離右側的固定夾具的方向逐漸加大拉力至預設值后再逐漸回復至零值，x軸方向驅動塊施加的拉力方程為,其中fmax為預設的拉力最大值，t為時間，n為參數(shù)，拉伸測試期間x、y、z、θ保持不變，使得被測試的柔性微波天線/濾波器逐漸被拉伸至預設值再逐漸回復至零，在拉伸過程中微波測試儀器不斷測試并記錄數(shù)據(jù)；重復該操作預設次數(shù)；拉力通過連接在夾具上的拉力傳感器測試得到；

19、（2-2）彎曲測試：輸入所述xyzθ四自由度移動臺的控制信號，驅動所述xyzθ四自由度移動臺的x軸方向驅動塊，x軸方向驅動塊運動方程為,?其中a為預設的x軸方向位移最大值，t為時間，n為參數(shù)，y、z、θ保持不變，使得被測試的柔性微波天線/濾波器逐漸彎曲至預設弧度后再逐漸回復至平直狀態(tài)，在彎曲過程中微波測試儀器不斷測試并記錄數(shù)據(jù)，不斷重復該操作預設次數(shù)；

20、（2-3）扭曲測試：輸入所述xyzθ四自由度移動臺的控制信號，驅動所述xyzθ四自由度移動臺的y軸方向驅動塊，y軸方向驅動塊運動方程為,其中b為預設的y軸方向位移最大值，t為時間，m為參數(shù)，x、z保持不變，θ保持不變或預設固定周期變化，使得被測試的柔性微波天線/濾波器反復被扭曲，在扭曲過程中微波測試儀器不斷測試并記錄數(shù)據(jù)，不斷重復該操作預設次數(shù)；

21、（2-4）揉搓測試：輸入所述xyzθ四自由度移動臺的控制信號，驅動所述xyzθ四自由度移動臺的y軸方向驅動塊、z軸方向驅動塊，y軸方向驅動塊運動方程為,其中b為預設的y軸方向位移最大值，z軸方向驅動塊運動方程為,其中c為預設的z軸方向位移最大值，t為時間，m、p為參數(shù)，θ保持不變或預設固定周期變化；x固定為d，使得y軸方向驅動塊、z軸方向驅動塊處于初始位置時，左夾具和右夾具的距離小于被測試的柔性微波天線/濾波器的長度的一半；y軸方向驅動塊、z軸方向驅動塊開始運動后，柔性微波天線/濾波器反復被揉搓，在揉搓過程中微波測試儀器不斷測試并記錄數(shù)據(jù)，不斷重復該操作預設次數(shù)；

22、在步驟（2-1）、步驟（2-2）、步驟（2-3）、步驟（2-4）中，只要柔性微波天線/濾波器出現(xiàn)外觀的撕裂或破損、磨損，或微波測試儀器獲得的微波特性參數(shù)偏離設計值的預設容忍值，測試即刻終止，進入步驟（3）。

23、本發(fā)明技術方案能夠帶來的有益技術效果主要包括：

24、（1）全面性測試：能夠在同一臺測試裝置上完成拉伸、彎曲、扭曲、揉搓過程中的在線測試，全面評估柔性微波天線和濾波器在各種機械形變情況下的微波特性變化。

25、（2）自動化測試：測試過程可自動化完成，避免了手動操作的煩惱，提高了測試的效率和準確性。

26、（3）實時性能監(jiān)測：通過在線連接微波測試儀器，能夠實時監(jiān)測和分析天線和濾波器在實際使用條件下的性能，提供了更深入的材料行為理解。

27、（4）優(yōu)化設計：測試數(shù)據(jù)有助于優(yōu)化設計和材料選擇，提高柔性微波天線和濾波器的性能和可靠性。

28、（5）提高可靠性：通過模擬實際使用中的機械形變，可以評估和提高產(chǎn)品的長期可靠性，特別是在需要高可靠性的應用場景中。

29、（6）降低成本：使用一套儀器裝備完成多種測試，減少了需要不同裝置進行單獨測試的成本。

30、（7）增強耐用性：通過測試和分析，可以更好地理解材料在復雜機械應力下的行為，從而設計出更耐用的產(chǎn)品。

31、（8）提升適應性：測試方法能夠適應不同的彎曲半徑、彎曲次數(shù)和形變類型，提高了測試方法的靈活性和適應性。

32、（9）標準化測試流程：提供了一種標準化的測試流程，有助于確保產(chǎn)品質量的一致性和可比性。

33、（10）促進柔性電子技術發(fā)展：這種測試方法有助于推動柔性電子技術的發(fā)展，滿足可穿戴電子設備和其他柔性電子應用的需求。

34、本發(fā)明受到江蘇省高等學校自然科學研究重大項目（23kja510006、22kja510005）的資助。

35、聲明：本發(fā)明中未作特殊說明的技術內容，均為本領域的現(xiàn)有技術，無需作出具體而詳細的說明，也不影響本發(fā)明的充分公開。