科创中国

"负责人：闫森

所在学院：信息与通信工程学院

一、项目简介

可穿戴天线在数据无线传输中发挥着重要作用，但可穿戴天线的设计与常规天线有很大的不同。首先是人体对于天线辐射有非常大的散射作用。天线在人体附近会出现增益降低，匹配变差，方向图恶化等现象。其次，柔性可穿戴天线需要在各种物理形变，温度、湿度变化的情况下保持性能的稳定性。另外，人体在长期电磁辐射环境下的安全风险也要在天线设计的同时予以考虑。所有这些问题都给可穿戴天线的设计带来了巨大的挑战。而近年来，电磁超材料的研究取得了长足的进展。作为一种人工合成的材料，超材料可以拥有多种自然界中很少存在、甚至不存在的特性。这些特性给予了天线设计一个新的思路，使设计者在材料选择中有更大的自由度。基于超材料的多种新型天线已经展示出了新颖、优异的性能，如双频、多频工作，尺寸的超小型化，以及各种可重构能力。虽然这些性能对于可穿戴领域有很强的吸引力，但现阶段对于超材料的研究还是主要集中在传统天线领域，在可穿戴领域，基于超材料的天线设计并不多见。

基于以上背景，该项目研究一方面，可穿戴领域迫切得需求天线设计的创新理论，另一方面，基于超材料的天线显示出了多种优异的性能。因而，研究思路是将这两个当前最有活力的研究领域结合起来，将电磁超材料的理论引入可穿戴天线设计领域，大幅度的提高可穿戴天线的性能，丰富其功能。

图1.几种可穿戴天线设计（左上：一种双频纺织天线被Electronics Letters选为彩色特征文章；右上：双频纺织天线的SAR仿真；左中：一种与纽扣集成的可穿戴天线；右中：一种基于人工磁表面的低剖面可穿戴宽带天线；左下：一种空间分集双频天线；右下：一种方向图可重构分集天线）

二、产品性能优势

通过引入左右手复合传输线的理论，使天线在双频使用时工作在一对对称模式上，保证了辐射方向图的一致性；通过使用人工磁导体作为天线的反射器，在低剖面的条件下实现较宽的带宽和极低的人体比吸收率；使用可调节的超材料单元，设计了极化/方向性可重构的微带天线，同时满足了对于人体外、人体上不同信道传输的需求。

三、市场前景及应用

可穿戴设备由于其在医疗监测、老幼看护、健身训练、抢先救灾、以及战场保障等领域有着十分广阔的引用前景，因而引起了国内外学界和工业界的广泛关注。其中，需要说明的是，闫森老师是全球首位对基于电磁超材料的可穿戴天线进行系统研究的学者。一些初始的研究成果已经展现出这一方案的巨大潜力，获得了学界的关注。包括以第一作者或通信作者身份发表IEEE Transactions on Antennas and Propagation文章6篇和IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters文章3篇。一种基于超材料结构的双频纺织天线设计曾被英国知名期刊Electronics Letters选为彩印特征文章（color feature article，见图1）。在这篇报道中，期刊编辑这样肯定了研究工作的创新性：“……首次使用基于左右手复合传输线的超材料单元发明了全纺织波导天线，该天线结构紧凑、性能稳定、可以用于2.45/5.4GHz双频无线局域网中”。这篇文章进而被多家国际科研网站，如Phys.org，Electronic Products，Wearable Tech和鲁汶校园周刊引用报道。

四、技术成熟度

 工程样机 

五、合作方式

面议"