컴팩트 컨포멀 문신

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9678(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

본 논문에서는 신체 무선 전력 전송을 위한 35.0 × 35.0 × 2.7 mm3의 소형, 로우 프로파일, 경량 웨어러블 안테나를 제시합니다. 제안된 안테나는 유연한 문신 종이에 쉽게 인쇄할 수 있으며 PDMS 기판으로 변형될 수 있으며 전체 안테나 구조가 인체에 적합하도록 만들어 더 나은 사용자 경험을 달성할 수 있습니다. 여기서 FSS(주파수 선택 표면) 층이 안테나와 인체 조직 사이에 삽입되어 조직의 부하 효과를 성공적으로 감소시켰으며 안테나 이득이 13.8dB 향상되었습니다. 또한 렉테나의 동작 주파수는 변형에 의해 크게 영향을 받지 않습니다. RF-DC 변환 효율을 극대화하기 위해 매칭 루프, 매칭 스터브, 2개의 결합 라인을 렉테나 튜닝용 안테나에 통합하여 외부 매칭을 사용하지 않고도 넓은 대역폭(~24%)을 달성할 수 있습니다. 네트워크. 측정 결과, 제안된 렉테나는 5.75μW/cm2의 입력 전력에서 59.0%의 최대 변환 효율을 달성할 수 있으며, 20kΩ 저항 부하에서 1.0μW/cm2의 낮은 입력 전력에서는 40%를 초과할 수 있는 것으로 나타났습니다. 보고된 다른 렉테나는 높은 전력 밀도 수준에서만 높은 PCE를 달성할 수 있는데, 이는 웨어러블 안테나에 항상 실용적인 것은 아닙니다.

웨어러블 전자기기는 우리 일상생활에 폭넓게 적용되면서 최근 몇 년간 많은 관심을 불러일으켰습니다. 스마트워치, 스마트 의류, 실시간 건강 모니터링 장치 등 다양한 곳에 적용할 수 있습니다1. 그러나 대부분의 상용화된 웨어러블 전자 장치의 주요 제한 요소 중 하나는 전원 공급 장치입니다2. 이러한 전자 장치의 대부분은 배터리로 작동되지만 불행하게도 배터리 자체의 수명은 제한되어 있으며 크기는 전자 장치만큼 빠르게 축소되지 않습니다3. 빔포밍 기술이 대량으로 사용되는 5G 기술의 급속한 발전으로 인해 최근에는 마이크로파 무선 전력 전송(WPT)이 전력 충전 문제를 해결하기 위한 매력적인 솔루션으로 자리 잡았습니다4.

직물 재료로 만들어진 유연한 마이크로파 안테나는 최근 몇 년 동안 웨어러블 애플리케이션에 대해 광범위하게 보고되었습니다. 웨어러블 안테나는 구리7 및 금8과 같은 얇은 금속박을 탄성 유전체 기판에 전기도금하거나 잉크젯 인쇄 전도성 나노입자 잉크9를 유연한 기판에 전기도금하여 만들 수도 있습니다. 부드러운 직물은 우수한 순응성, 유연성 및 저렴한 비용으로 인해 웨어러블 안테나에 선택됩니다10. 이러한 우수한 특성에도 불구하고 직조 직물의 유전 손실은 8.5dB/m11에 달할 수 있습니다. 또한 Ref.5에서 보고된 자수 안테나에서는 전도성 원사의 높은 저항으로 인해 이득 감소가 관찰되었습니다. Kapton 및 PET와 같은 유연한 기판에 전도성 나노입자 잉크를 사용하여 생성된 잉크젯 인쇄 안테나도 참고문헌 9,12에 보고되어 있습니다. 이러한 전도성 나노입자 잉크는 높은 전도성을 제공할 수 있지만 특정 기판 및 캐리어 매체에만 인쇄할 수 있습니다13. 예를 들어, Ref.12에 보고된 자가 소결 은 잉크는 상업용 인쇄 시트를 사용해야만 낮은 저항을 달성할 수 있습니다. 이는 안테나의 방사 효율이 기판의 유전 손실과 전도성 잉크 트레이스14의 전도성에 의해 많은 영향을 받기 때문에 전도성 나노입자 잉크의 호환성을 확실히 제한합니다. 또한 기판에 전도성 잉크를 정확하게 증착하려면 복잡한 프로세스가 필요하므로 제조가 느리고 확장 불가능한 프로세스가 됩니다. 참고문헌 7, 8에서는 탄성 유전체 기판에 구리, 금 등의 얇은 금속박을 전기도금하여 제작한 웨어러블 안테나도 보고되었습니다. 그러나 이러한 안테나는 인장 변형을 견딜 수 없습니다16. 따라서 웨어러블 애플리케이션을 위한 콤팩트하고 유연하며 안정적이고 컨포멀하며 제작이 쉬운 마이크로파 안테나가 필요합니다.