コンパクトなコンフォーマルタトゥー

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9678 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この論文では、身体上ワイヤレス電力伝送用の 35.0 × 35.0 × 2.7 mm3 のコンパクト、薄型、軽量のウェアラブル アンテナを紹介します。 提案されたアンテナは、柔軟なタトゥー紙に簡単に印刷でき、PDMS 基板上に変形できるため、アンテナ構造全体が人体に適合し、より良いユーザー エクスペリエンスを実現できます。 ここでは、周波数選択表面 (FSS) の層がアンテナと人間の組織の間に挿入されており、組織の負荷効果を低減することに成功し、アンテナ ゲインが 13.8 dB 向上しました。 また、レクテナの動作周波数は変形による影響をあまり受けません。 RF-DC 変換効率を最大化するために、整合ループ、整合スタブ、および 2 本の結合線がレクテナ調整用のアンテナと統合されており、外部整合を使用せずに広帯域幅 (約 24%) を実現できます。ネットワーク。 測定結果は、提案されたレクテナが 5.75 μW/cm2 の入力電力で 59.0% の最大変換効率を達成でき、20 kΩ の抵抗負荷で 1.0 μW/cm2 の低入力電力では 40% を超えることさえできることを示しています。他の報告されているレクテナは、高電力密度レベルでのみ高い PCE を達成できますが、ウェアラブル アンテナとしては必ずしも実用的ではありません。

ウェアラブルエレクトロニクスは、私たちの日常生活に幅広く応用できるため、近年大きな関心を集めています。 スマートウォッチ、スマート衣類、リアルタイム健康監視デバイスなど、さまざまな場所に適用できます1。 ただし、市販されているほとんどのウェアラブル電子機器の主な制限要因の 1 つは電源です2。 これらの電子機器のほとんどは電池で動作しますが、残念ながら電池自体の寿命は限られており、その体積サイズは電子機器ほど急速には縮小されません3。 現在、ビームフォーミング技術が大量に使用される 5G 技術の急速な発展に伴い、マイクロ波無線電力伝送 (WPT) は電力充電問題を解決する魅力的なソリューションとなっています4。

繊維材料で作られたフレキシブルなマイクロ波アンテナは、近年、ウェアラブル用途として広く報告されています5、6。 ウェアラブル アンテナは、弾性誘電体基板上に銅 7 や金 8 などの薄い金属箔を電気めっきしたり、導電性ナノ粒子インク 9 をフレキシブル基板上にインクジェット印刷することによっても作成できます。 ウェアラブル アンテナには、形状適合性、柔軟性、低コストのため、柔らかい生地が選ばれています10。 これらの優れた機能にもかかわらず、織布の誘電損失は 8.5 dB/m11 もの高い場合があります。 また、参考文献 5 で報告されている刺繍アンテナでは、導電性糸の抵抗が大きいため、利得の低下が観察されています。 カプトンや PET などのフレキシブル基板上に導電性ナノ粒子インクを使用して生成されるインクジェット印刷アンテナも参考文献 9、12 で報告されています。 これらの導電性ナノ粒子インクは高い導電性を提供できるにもかかわらず、特定の基材およびキャリア媒体にのみ印刷できます13。 例えば、参考文献１２で報告されている自己焼結型銀インクは、市販の印刷用紙を使用した場合にのみ低抵抗を達成できる。 アンテナの放射効率は基板の誘電損失と導電性インクトレースの導電率に大きく影響されるため、これは導電性ナノ粒子インクの適合性を確実に制限します14。 また、基板上に導電性インクを正確に堆積するには複雑なプロセスが必要となるため、製造が遅くなり拡張性のないプロセスになります15。 弾性誘電体基板上に銅や金などの薄い金属箔を電気めっきして作製したウェアラブルアンテナも参考文献7、8で報告されている。 ただし、これらのアンテナは引張歪みに耐えることができません16。 したがって、ウェアラブル用途向けに、コンパクトで、柔軟で、安定性があり、コンフォーマルで、製造が容易なマイクロ波アンテナが望まれている。