ساخت آنتن‌های میکرواستریپ بر بستر منسوج به وسیله چاپ جوهر افشان

نویسندگان

چکیده

در سال‌های اخیرهم‌زمان با پیشرفت تکنیک چاپ مدار بر روی سطوح، امکان ساخت خطوط نواری و اجتماع آن با عناصر مداری دیگر فراهم شده است. این خطوط نواری معروف به خطوط میکرواستریپ‌اند و به این مجموعه آنتن‌های میکرواستریپ گفته می‌شود. بطور کلی آنتن‌های میکرواستریپ از سه لایه پچ رسانا، زیرلایه دی الکتریک و صفحه زمین رسانا تشکیل شده است. یکی از مهم‌ترین مشکلات استفاده از آنتن‌های متداول، انعطاف‌ناپذیری آن‌هاست. در این پژوهش، تمامی لایه‌ها از جنس منسوج است و آنتن بدست آمده از قابلیت انعطاف‌پذیری و خمش قابل قبولی برخوردار است. برای تهیه آنتن‌ها از چاپ جوهر افشان به همراه روش لایه نشانی الکترولس جهت تهیه طرح‌های متنوع آنتنی مشتمل بر ذرات نیکل استفاده شده است. سطوح پوشش داده شده توسط میکروسکوپ الکترونی ،تحلیل عنصری و میکروسکوپ نوری مشخصه‌یابی شدند. علاوه بر این ثبات شستشویی سطوح همراه با سایر خصوصیات فیزیکی - مکانیکی به روش‌های استاندارد مورد بررسی قرار گرفت. تحلیل عنصری پارچه لایه نشانی شده تشکیل ذرات نیکل را به وضوح نشان می‌دهد. علاوه بر این بررسی مورفولوژیک طرح‌های آنتن با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی شکل گیری پوششی یکنواخت از نانو ذرات نیکل در محدوده قطری 100-500 نانو متر با شکل شبه‌کروی و مرزهای مشخص را نشان می‌دهد. هم‌چنین حضور تجمعی ذرات در لایه‌های متوالی با ساختار شبه کلمی موید تشکیل شکل‌گیری کریستال‌های فلزی است. نتایج بدست آمده از آزمون ثبات شستشویی نشان دهنده پایداری قابل قبول مقاومت الکتریکی طرح‌ها پس از شستشوی متوالی است. هم‌چنین بهره و پهنای باند آنتن‌های ساخته شده، با استفاده از تحلیلگر اسپکتروم مورد بررسی قرار گرفت. نتایج بدست آمده از دستگاه تحلیلگر اسپکتروم نشان داد که با افزایش اندازه پچ رسانا، پهنای باند آنتن‌های چاپی به میزان KHz1 نسبت به آنتن‌هایی با پچ کوچک‌تر افزایش و بهره آن به میزان dB 11- کاهش یافته است. از طرفی پهنای باند آنتن مستطیلی نسبت به آنتن مارپیچ، KHz 2/0 افزایش و بهره آن dB 5/2- کاهش یافت. هم‌چنین نتایج کسب شده از آزمون هدایت الکتریکی نشانگر آن است که هدایت الکتریکی آنتن‌های میکرو استریپ به میزان قابل قبول S/cm 2632 رسیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Development of Textile Based Microstrip Antenna Using Inkjet Printing

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Mohtaram
  • Vahid Mottaghitalab
  • Gholamreza Baghersalimi
  • Akbar Khodaparast Haghi
چکیده [English]

Today, along with the advances in circuit printing technology it has become possible to fabricate band lines integrated with circuit elements. The band lines are known as microstrip lines and the whole packages are called microstrip antennas. The microstrip antennas have three layers, including conductive patch layer, dielectric sub layer, and ground conductive layer. One of the most important problems of prevalent antennas is their inflexibility, which was addressed in the current paper using textile based structure with proper flexibility and flexural stiffness. This was done using ink jet printing techniques followed by electrolytic plating to provide diverse antenna patterns based on nickel particles. The coated surface was characterized by scanning electron microscope, elemental analysis and optical microscope. Moreover, the washing fastness and the other physical and mechanical specifications were measured using standard techniques. The elemental analysis of metal-coated fabric clearly indicated a high level of nickel. Furthermore, the morphological investigation proved the formation of homogenous nickel nanoparticle in a diameter range of 100-500 nm with an evident boundary and semi-spherical shape. In addition, the cumulative presence of particles in a sequence followed a cabbage-like structure originating from metallic crystals. The washing fastness tests revealed a high stability in electrical resistance after several washing steps. In the meantime, the antenna gain and the corresponding bandwidth were measured using spectrum analyzer. The results indicated a 1 kHz increase in bandwidth and 11 dB decrease in antenna gain for a large size compared to a small one. Meanwhile, the bandwidth of rectangular pattern showed a 0.2 kHz increase and 2.5 kHz decrease compared to spiral pattern. Finally, the four-probe electrical conductivity test demonstrated a high level of conductivity around 2632 S/cm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Electrolytic plating
  • Inkjet printing
  • Microstrip antenna
  • Polyester fabric
  • Nickel nanoparticle

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی