Tatouage conforme compact

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 9678 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

Cet article présente une antenne portable compacte, discrète et légère de 35,0 × 35,0 × 2,7 mm3 pour le transfert d'énergie sans fil sur le corps. L'antenne proposée peut être facilement imprimée sur un morceau de papier de tatouage flexible et transformée sur un substrat PDMS, rendant ainsi l'ensemble de la structure de l'antenne conforme au corps humain pour une meilleure expérience utilisateur. Ici, une couche de surface sélective en fréquence (FSS) est insérée entre l'antenne et le tissu humain, ce qui a réussi à réduire les effets de charge du tissu, avec une amélioration de 13,8 dB sur le gain de l'antenne. De plus, la fréquence de fonctionnement de la rectenne n'est pas beaucoup affectée par la déformation. Pour maximiser l'efficacité de la conversion RF-DC, une boucle d'adaptation, un stub d'adaptation et deux lignes couplées sont intégrés à l'antenne pour régler la rectenna afin qu'une large bande passante (~ 24 %) puisse être obtenue sans utiliser d'adaptation externe. réseaux. Les résultats des mesures montrent que la rectenne proposée peut atteindre une efficacité de conversion maximale de 59,0 % avec une puissance d'entrée de 5,75 μW/cm2 et peut même dépasser 40 % pour une faible puissance d'entrée de 1,0 μW/cm2 avec une charge résistive de 20 kΩ, alors que de nombreux d'autres rectennas signalées ne peuvent atteindre un PCE élevé qu'à un niveau de densité de puissance élevé, ce qui n'est pas toujours pratique pour une antenne portable.

L’électronique portable a suscité beaucoup d’intérêt ces dernières années en raison de ses nombreuses applications dans notre vie quotidienne. Ils peuvent être appliqués à de nombreux endroits, tels que les montres intelligentes, les vêtements intelligents et les appareils de surveillance de la santé en temps réel1. Cependant, l’un des principaux facteurs limitants de la plupart des appareils électroniques portables commercialisés est leur alimentation électrique2. La plupart de ces appareils électroniques fonctionnent sur batterie, mais malheureusement, la batterie elle-même a une durée de vie limitée et sa taille ne diminue pas aussi rapidement que celle des appareils électroniques3. Aujourd’hui, avec le développement rapide de la technologie 5G, où les techniques de formation de faisceaux sont massivement utilisées, le transfert d’énergie sans fil par micro-ondes (WPT) est devenu une solution intéressante pour résoudre le problème de charge d’énergie4.

Les antennes micro-ondes flexibles fabriquées à partir de matériaux textiles ont été largement utilisées pour des applications portables ces dernières années5,6. L'antenne portable peut également être fabriquée par galvanoplastie de fines feuilles métalliques telles que le cuivre7 et l'or8 sur des substrats diélectriques élastiques, ainsi que par impression à jet d'encre d'encres conductrices à nanoparticules9 sur des substrats flexibles. Les tissus doux sont choisis pour les antennes portables en raison de leur bonne conformité, de leur flexibilité et de leur faible coût10. Malgré ces excellentes caractéristiques, le tissu tissé peut présenter une perte diélectrique pouvant atteindre 8,5 dB/m11. En outre, une réduction de gain a été observée dans l'antenne de broderie rapportée dans la référence 5 en raison de la résistance plus élevée du fil conducteur. Les antennes imprimées à jet d'encre générées à l'aide de l'encre conductrice à base de nanoparticules sur des substrats flexibles, tels que le Kapton et le PET, sont également signalées dans les références 9, 12. Bien que ces encres conductrices à base de nanoparticules puissent offrir une conductivité élevée, elles ne peuvent être imprimées que sur des substrats et des supports spécifiques13. Par exemple, l'encre argentée auto-frittée rapportée dans la réf. 12 ne peut atteindre une faible résistance qu'avec l'utilisation de feuilles d'impression commerciale. Cela limitera sûrement la compatibilité de l'encre conductrice à base de nanoparticules puisque l'efficacité du rayonnement de l'antenne est fortement affectée par la perte diélectrique du substrat et la conductivité de la trace d'encre conductrice14. De plus, le dépôt précis de l’encre conductrice sur le substrat nécessite un processus complexe, ce qui rend la fabrication un processus lent et non évolutif15. Une antenne portable fabriquée à l'aide de fines feuilles métalliques galvanoplasties telles que du cuivre et de l'or sur des substrats diélectriques élastiques a également été signalée dans les références 7,8. Cependant, ces antennes ne sont pas capables de résister aux contraintes de traction16. Par conséquent, il existe un souhait de disposer d'une antenne micro-ondes compacte, flexible, stable, conforme et facile à fabriquer pour des applications portables.