让天线“隐身” !西浦毕业生研究成果,被顶级国际学术会议收录

2022-01-11西交利物浦大学动态青塔

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摘要:西交利物浦大学智能工程学院两名2021届本科毕业生针对内壁天线进行了研究。相关论文均被无线传播领域顶级国际学术会议2021 IEEE APS/URSI收录。

天线是电子设备中用于发射和接收无线电信号的装置,是设备与人沟通的桥梁。随着仪器体积越来越小,如何最小化天线并在保证功能的同时给其他部件留足空间成为了学者们的研究重点之一。

西交利物浦大学智能工程学院两名2021届本科毕业生针对内壁天线进行了研究。通过采用共形天线,他们让天线与载体形状一致并附着于载体内壁,将体积占用降至最少;同时还改善了大部分内壁天线只能覆盖单一频段的问题,实现了多频段覆盖,让通信更稳定快速。相关论文均被无线传播领域顶级国际学术会议2021 IEEE APS/URSI收录。

无线胶囊内窥镜的贴壁型天线

罗永旻研究了天线在无线胶囊内窥镜上的应用。他介绍说,内窥镜是一种常见的医疗设备,广泛用于胃镜、肠镜等。通过一个具备灯光和摄像头的软管,医生可以直接观察到病人体内是否存在病变,从而制定具有针对性的治疗方案。

“目前的内窥镜大多是有线的,在放入和取出时,有线内窥镜会给患者带来很大的痛苦,因此,可以像胶囊一样直接吞下的无线内窥镜越来越受科研人员关注。”

无线胶囊内窥镜在病人体内照相之后,会通过天线将信号传递出去,体外的天线接收并传送至电脑,医生就可以根据图像进行治疗诊断,最后可以通过消化系统排出体外。

“我设计的是一个17毫米*30毫米的长方形共形天线,它可以被弯曲成一个圆柱形贴附在胶囊内壁,与胶囊形状相同。由于胶囊壳本身的体积就比较小,里面还需要放电池、电路、照相机等设备,使用共形天线可以节约很多空间。”他介绍道。

此外,罗永旻设计的天线可以在多个频段和外界进行通讯交流,负责接收的天线设备也有更多频段选择,因此传送信息更快、更方便,医护人员也能更快得到人体内的图像,在更大程度上减轻病人的不适。

“但胶囊外壁会直接和人体接触,选材必须对人体无害,并且最好能降低天线对人体的辐射。”他补充说,“考虑到这些现实因素,我选择用氧化铝陶瓷做胶囊外壁,这是一种合成的化学材料,但在使用前要经过更严谨的测试。”

智能手表的表盘型天线

李俊良研究了天线在智能手表上的应用。智能手表中的天线用于和手机、电脑等其他设备传递信息。

李俊良设计了一种可以集成在智能手表金属表盘上的天线,即表盘外壳本身就是一圈天线,以此来节省内部空间,它可以用在大部分形状的手表上。

他介绍道:“由于天线本身是一个薄金属片,并且要弯折作为表盘使用,不够稳固。因此我使用3D打印制作了一个支撑结构放在天线表盘内部,防止变形。” 

李俊良研究的智能手表天线可以用来连接蓝牙,并有5G网络的通讯功能。“但蓝牙和5G工作的频段不同,在各自的频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力,因此要求天线在这两个频段内都有较好表现。”

“这部分调整工作是非常有挑战性的。在制作实物前,我使用CST studio Suite仿真软件来模拟调整参数,比如手表表盘的直径、半径、基底的厚度等。反复测试后,用调整好的数据再去制作就会更精准,也更节约成本。”

“本科做科研的经历对我而言是一个指导方针,让我对研究天线具体要做些什么有比较全面完整的了解,这些知识、技能在申研、实习时很有帮助;在射频实验室亲手制作天线并进行测试也让我真切感受到技术需要相辅相成才能共同促进技术革新、实现更多功能、方便人们生活。”李俊良补充道。

罗永旻和李俊良均毕业于西浦智能工程学院电气工程及其自动化专业。目前,罗永旻正在英国帝国理工大学攻读光学与光电子学专业硕士,李俊良正于美国南加州大学攻读电气工程及其自动化信号处理方向的硕士。

本文转载自:西交利物浦大学。文章为作者独立观点,不代表青塔立场,转载请联系原作者。

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