本發(fā)明涉及柔性天線器件，特別是涉及一種基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件。

背景技術(shù)：

1、經(jīng)過材料學(xué)、力學(xué)、光電工程以及通信工程等多門學(xué)科和工程技術(shù)的結(jié)合，誕生了用于人體健康信號(hào)采集的柔性可穿戴傳感系統(tǒng)，通過柔性傳感器件及柔性天線的系統(tǒng)化薄膜集成及相關(guān)工藝，使得傳感系統(tǒng)能夠隨時(shí)隨地的在人體表面工作并采集人體相關(guān)健康信號(hào)，如體溫、皮膚濕度、肌肉信號(hào)、神經(jīng)信號(hào)以及心電信號(hào)等熱、光、電、力學(xué)信號(hào)，并通過天線實(shí)時(shí)傳送至手機(jī)等外接設(shè)備中進(jìn)行可視化同步監(jiān)測(cè)與分析，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)人體實(shí)時(shí)健康狀態(tài)的目的。

2、在以上基礎(chǔ)上，柔性天線器件集成系統(tǒng)目前存在以下幾點(diǎn)亟待改進(jìn)的問題：目前的柔性天線器件無法同時(shí)滿足輕便、舒適性以及信號(hào)測(cè)量的可靠性和準(zhǔn)確性。主要原因在于，現(xiàn)有的柔性天線器件無法在復(fù)雜的形變環(huán)境下時(shí)保持穩(wěn)定的性能，而為了解決這一問題，現(xiàn)有的柔性天線器件必須降低薄膜基底的可延展性并增加厚度，而這將不可避免的犧牲用戶在穿戴過程中的舒適性和輕便性。

3、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于對(duì)本申請(qǐng)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服上述背景技術(shù)中存在的缺陷，提供一種基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，包括：

4、可延展pdms薄膜，作為最上層，布置有用于無線通信的柔性天線；

5、應(yīng)力控制pdms薄膜，作為中間層，嵌入有彈性導(dǎo)線，所述應(yīng)力控制pdms薄膜的楊氏模量小于所述可延展pdms薄膜和粘性pdms薄膜，以控制彎曲應(yīng)力并保護(hù)布置于其上的所述彈性導(dǎo)線；

6、粘性pdms薄膜，作為最下層，用于貼合人體皮膚，并布置有用于采集心電信號(hào)的柔性傳感電極，所述柔性傳感電極通過所述彈性導(dǎo)線連接所述柔性天線。

7、進(jìn)一步地，所述柔性天線的地板中央布置有過孔，所述過孔中填充導(dǎo)電材料，所述彈性導(dǎo)線通過所述過孔中的導(dǎo)電材料引導(dǎo)至薄膜系統(tǒng)表面，以與信號(hào)讀取電路連接。

8、進(jìn)一步地，所述彈性導(dǎo)線在所述應(yīng)力控制pdms薄膜上布置成s形走向。

9、進(jìn)一步地，所述彈性導(dǎo)線的材料采用具有彈性的導(dǎo)電樹脂或?qū)щ娔z。

10、進(jìn)一步地，所述應(yīng)力控制pdms薄膜的厚度為100微米。

11、進(jìn)一步地，各層pdms薄膜的介電常數(shù)為2-5。

12、進(jìn)一步地，所述柔性傳感電極通過金屬銅連接至所述粘性pdms薄膜的表面。

13、進(jìn)一步地，所述柔性傳感電極包括一對(duì)間距在50?mm以上的心電電極。

14、進(jìn)一步地，所述柔性天線為倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)，所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)具有作為輻射臂的圓弧線邊、連接在所述圓弧線邊端部的第一線邊以及連接在所述圓弧線邊中間的第二線邊，所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)的第一線邊連接所述柔性天線的圓形地板，而所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)的第二線邊連接饋電端口，所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)的圓弧線邊設(shè)置成沿著所述柔性天線的圓形地板的弧形周邊的延伸方向延伸。

15、一種所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件的制備方法，包括如下步驟：

16、在襯底表面制備一層可延展pdms薄膜；

17、在所述可延展pdms薄膜上制備彈性導(dǎo)線；

18、在所述可延展pdms薄膜上制備應(yīng)力控制pdms薄膜，使所述應(yīng)力控制pdms薄膜完全包覆彈性導(dǎo)線，并使所述彈性導(dǎo)線嵌入所述應(yīng)力控制pdms薄膜中；

19、在所述應(yīng)力控制pdms薄膜上制備粘性pdms薄膜；

20、在所述粘性pdms薄膜上制備柔性傳感電極；

21、從所述襯底脫離，在所述可延展pdms薄膜上制備天線。

22、本發(fā)明具有如下有益效果：

23、本發(fā)明的可穿戴人體柔性天線器件通過創(chuàng)新的三層pdms薄膜結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一種既輕便又舒適的穿戴體驗(yàn)，同時(shí)保證了信號(hào)測(cè)量的精確性和穩(wěn)定性。最上層的可延展pdms薄膜布置有用于無線通信的柔性天線，確保了器件的通信功能，中間的應(yīng)力控制pdms薄膜嵌入彈性導(dǎo)線，其較低的楊氏模量有效控制了彎曲應(yīng)力。中間的應(yīng)力控制pdms薄膜相對(duì)于上層的可延展pdms薄膜和下層的粘性pdms薄膜具有較低的楊氏模量，在不犧牲用戶穿戴舒適性和輕便性的前提下，其所產(chǎn)生的應(yīng)力控制作用提供良好的彎曲性能，有效提高了柔性天線器件在復(fù)雜形變環(huán)境下的性能穩(wěn)定性。通過這種設(shè)計(jì)，即使在身體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的形狀變化中，器件也能保持可靠的信號(hào)測(cè)量精度和通信穩(wěn)定性，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)中為了提高穩(wěn)定性而不得不增加薄膜厚度和犧牲穿戴舒適性的矛盾。還有利于保護(hù)彈性導(dǎo)線免受損傷，增強(qiáng)了器件的耐用性和可靠性。最下層的粘性pdms薄膜貼合人體皮膚，布置有柔性傳感電極，用于采集心電信號(hào)，并通過彈性導(dǎo)線與柔性天線連接，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的有效傳輸。本發(fā)明這種三層pdms薄膜結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)不僅解決了傳統(tǒng)柔性天線器件在復(fù)雜形變環(huán)境下性能不穩(wěn)定的問題，還避免了為提高穩(wěn)定性而犧牲舒適性和輕便性的必要?？偟膩碚f，本發(fā)明多層柔性薄膜結(jié)構(gòu)的柔性天線基底提供了良好的拉伸和彎曲變形能力，使得柔性天線器件能夠適應(yīng)各種穿戴環(huán)境下的復(fù)雜應(yīng)變，保持穩(wěn)定的性能。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊湊、體積小、集成度高，并且可以通過現(xiàn)代制造技術(shù)如納米材料結(jié)構(gòu)和增材制造等方法實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低了成本，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明不僅提升了用戶的穿戴體驗(yàn)，還確保了健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，為可穿戴傳感技術(shù)的發(fā)展提供了一種高效、可靠的解決方案。

24、本發(fā)明實(shí)施例中的其他有益效果將在下文中進(jìn)一步述及。

技術(shù)特征：

1.一種基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，所述柔性天線的地板中央布置有過孔，所述過孔中填充導(dǎo)電材料，所述彈性導(dǎo)線通過所述過孔中的導(dǎo)電材料引導(dǎo)至薄膜系統(tǒng)表面，以與信號(hào)讀取電路連接。

3.如權(quán)利要求1或2所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，所述彈性導(dǎo)線在所述應(yīng)力控制pdms薄膜上布置成s形走向。

4.如權(quán)利要求1或2所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，所述彈性導(dǎo)線的材料采用具有彈性的導(dǎo)電樹脂或?qū)щ娔z。

5.如權(quán)利要求1或2所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，所述應(yīng)力控制pdms薄膜的厚度為100微米。

6.如權(quán)利要求1或2所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，各層pdms薄膜的介電常數(shù)為2-5。

7.如權(quán)利要求1或2所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，所述柔性傳感電極通過金屬銅連接至所述粘性pdms薄膜的表面。

8.如權(quán)利要求1或2所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，所述柔性傳感電極包括一對(duì)間距在50?mm以上的心電電極。

9.如權(quán)利要求1或2所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，其特征在于，所述柔性天線為倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)，所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)具有作為輻射臂的圓弧線邊、連接在所述圓弧線邊端部的第一線邊以及連接在所述圓弧線邊中間的第二線邊，所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)的第一線邊連接所述柔性天線的圓形地板，而所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)的第二線邊連接饋電端口，所述倒f圓弧形天線結(jié)構(gòu)的圓弧線邊設(shè)置成沿著所述柔性天線的圓形地板的弧形周邊的延伸方向延伸。

10.一種如權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于層次結(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)的可穿戴人體柔性天線器件，具有三層PDMS薄膜結(jié)構(gòu)，提高信號(hào)測(cè)量的精確性和穩(wěn)定性，同時(shí)保證穿戴的舒適性和輕便性。該可穿戴人體柔性天線器件的最上層為可延展PDMS薄膜，配置有柔性天線以實(shí)現(xiàn)無線通信。中間層為應(yīng)力控制PDMS薄膜，嵌入彈性導(dǎo)線，其低楊氏模量設(shè)計(jì)有效控制彎曲應(yīng)力。最下層為粘性PDMS薄膜，貼合皮膚，布置柔性傳感電極采集心電信號(hào)，并通過彈性導(dǎo)線與天線連接?；谠搶哟谓Y(jié)構(gòu)薄膜系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)在保持器件輕薄舒適的同時(shí)，提高了其在身體運(yùn)動(dòng)中的穩(wěn)定性，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中穩(wěn)定性與舒適性的矛盾，實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定性的信號(hào)傳輸。

技術(shù)研發(fā)人員：錢正芳,戴翔宇,梁豪,李景輝,朱華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6