印制式天线传感器的仿真与应用研究

来源 :上海师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tiantianaiguo
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印制式天线传感器因具有制作简单、体型小、质量轻等优点而被广泛研究并应用于生物传感器,气体传感器,应变传感器等电子器件中。由于天线本身就是传感器,所以天线结构、材料等因素能直接对所制备的传感器产生影响。对于天线传感器而言,其敏感性变化主要体现以下二个方面。一方面,敏感材料覆盖在部分天线表面或替代部分天线会导致天线发射信号能力改变,即传感器表面的介电环境改变;另一方面,天线传感器对敏感源做出响应时,空间的介电环境改变影响了天线接收信号的能力,即传感器所处空间的介电环境改变。目前,随着对印制式天线传感器研究的逐步深入,迫切需要探索天线辐射能力与其敏感性表现的关系,但对其关系的研究依旧存在以下问题:(1)由于天线的材料与敏感材料之间有界面接触,使天线辐射情况与传感器敏感性的关系未知。(2)传感的问询信号会激发馈点使天线产生表面电流,而天线结构改变时会导致表面电流重新分布,而其关系未知。本论文通过无线检测,从印制式天线传感器的仿真和应用角度开展实验。具体研究内容如下:一、本论文对射频识别(RFID)天线进行了敏感材料覆盖在部分天线表面或替代部分天线二种形式的天线基本性质研究。将三维电磁场仿真软件(CST)仿真建立的敏感材料TiO2覆盖或替换部分天线时回波损耗和天线频率的关系,与在实验中测试不同覆盖位置和替换面积大小的I-V曲线进行对比,得出敏感材料与原始天线接触后,天线辐射能力与天线阻抗变化关系。并在敏感材料替代部分天线的研究中,尝试找出敏感材料电导率与天线传出辐射能力的关系。最后制备双天线型甲醛传感器。二、本论文选择对称偶极子天线,并仿真该结构下天线尺寸与其回波损耗和表面电流的关系。搭建了天线传感器平台,利用低功耗蓝牙技术(BLE)将数据传输到有蓝牙阅读器的电脑,分别制备了柔性计步器和甲醛传感器。总体而言,本论文分别用RFID和BLE技术,研究并制备天线传感器。通过研究RFID射频天线和BLE偶极子天线的规律,得到了天线各个结构变化与其频率和回波损耗的关系,尝试用不同的替换材料代替原天线时天线辐射能力变化,且通过研究RFID天线的规律,得到了当替换型敏感材料为金属时,金属的导热效率与天线的回波损耗的关系。最后制备了甲醛天线传感器及柔性BLE计步器。论文中天线传感器检测方案的实现不仅促进了天线传感器在实际生活中的应用,同时也为学术研究天线传感器的敏感性提供了新的思路。
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