[0001] 本发明涉及柔性天线器件，特别是涉及一种基于层次结构薄膜系统的可穿戴人体柔性天线器件。

[0002] 经过材料学、力学、光电工程以及通信工程等多门学科和工程技术的结合，诞生了用于人体健康信号采集的柔性可穿戴传感系统，通过柔性传感器件及柔性天线的系统化薄
膜集成及相关工艺，使得传感系统能够随时随地的在人体表面工作并采集人体相关健康信
号，如体温、皮肤湿度、肌肉信号、神经信号以及心电信号等热、光、电、力学信号，并通过天线实时传送至手机等外接设备中进行可视化同步监测与分析，从而达到监测人体实时健康
状态的目的。

[0003] 在以上基础上，柔性天线器件集成系统目前存在以下几点亟待改进的问题：目前的柔性天线器件无法同时满足轻便、舒适性以及信号测量的可靠性和准确性。主要原因在
于，现有的柔性天线器件无法在复杂的形变环境下时保持稳定的性能，而为了解决这一问
题，现有的柔性天线器件必须降低薄膜基底的可延展性并增加厚度，而这将不可避免的牺
牲用户在穿戴过程中的舒适性和轻便性。

[0004] 需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

[0021] 以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

[0022] 需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定
作用也可以是用于耦合或连通作用。

[0023] 需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0024] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0025] 参阅图1至图2，本发明实施例提供一种基于层次结构薄膜系统的可穿戴人体柔性天线器件，包括：可延展PDMS薄膜1，作为最上层，布置有用于无线通信的柔性天线5；应力控制PDMS薄膜2，作为中间层，嵌入有弹性导线6，所述应力控制PDMS薄膜2的杨氏模量小于所
述可延展PDMS薄膜1和粘性PDMS薄膜3，以控制弯曲应力并保护布置于其上的所述弹性导线
6；粘性PDMS薄膜3，作为最下层，用于贴合人体皮肤，并布置有用于采集心电信号的柔性传
感电极7，所述柔性传感电极7通过所述弹性导线6经过可延展PDMS薄膜1上的孔4连接所述
柔性天线5。在优选的实施例中，所述弹性导线6在所述应力控制PDMS薄膜2上布置成S形走
向。较佳地，所述应力控制PDMS薄膜2的厚度为100微米。

[0026] 本发明实施例的可穿戴人体柔性天线器件设计了一种三层PDMS薄膜结构，以实现可穿戴人体柔性天线器件在保持轻便、舒适穿戴体验的同时，确保信号测量的精确性和稳
定性。最上层的可延展PDMS薄膜1集成了柔性天线5，负责无线通信功能，而中间的应力控制
PDMS薄膜2则因其较低的杨氏模量，有效控制了器件在复杂形变环境下的弯曲应力，提供良
好的弯曲性能，提高了性能稳定性，同时保护了嵌入其中的弹性导线6，增强了器件的耐用
性和可靠性。最下层的粘性PDMS薄膜3则确保了与人体皮肤的紧密贴合，并布置有柔性传感
电极7，用于采集心电信号，通过弹性导线6与柔性天线5相连，实现了信号的有效传输。这种结构设计巧妙地解决了传统柔性天线器件在形变环境下性能不稳定的问题，避免了为提高
稳定性而牺牲舒适性和轻便性的必要，使得器件能够适应各种穿戴环境下的复杂应变，保
持稳定的性能。此外，整个系统设计紧凑、体积小、集成度高，并且能够通过现代制造技术如纳米材料结构和增材制造等方法实现批量生产，降低了成本，提高了生产效率，从而为可穿
戴传感技术的发展提供了一种高效、可靠的解决方案。

[0027] 以下进一步描述本发明具体实施例。

[0028] 参阅图1至图3，一种可穿戴人体柔性传感器件，包括多层柔性介质薄膜、柔性天线5以及柔性传感电极7。以多层柔性介质薄膜为主体，将柔性传感电极7以及柔性天线5分别
集成至薄膜上下两层，同时在中间层嵌入弹性导线6将心电信号引入薄膜中心数据读取区
域。多层柔性介质薄膜的三层结构，最上层为可延展PDMS薄膜1，中间层为应力控制PDMS薄
膜2，最下层为粘性PDMS薄膜3。集成后的薄膜系统层次分布如图2所示。其中，可应力控制
PDMS薄膜2的杨氏模量较可延展PDMS薄膜1和粘性PDMS薄膜3更低。较佳地，PDMS薄膜介电常
数为2‑5。

[0029] 如图3所示，在一个实施例中，柔性天线5采用倒F圆弧形天线结构，倒F圆弧形天线结构具有作为主辐射单元的圆弧线边8、连接在所述圆弧线边端部的第一线边9以及连接在
所述圆弧线边中间的第二线边10，所述倒F圆弧形天线结构的第一线边9连接所述第一上表
面地板，而所述倒F圆弧形天线结构的第二线边10连接所述馈电端口11，所述倒F圆弧形天
线结构的圆弧线边8设置成沿着所述第一上表面地板的弧形周边的延伸方向延伸。倒F圆弧
形天线及柔性传感电极7通过过孔12以及导电柔性材料制作弹性导线6传输信号。所有弹性
导线6由柔性传感电极7出发集中至薄膜中心的读取电路区域。

[0030] 本发明实施例提供了一种柔性可穿戴传感‑通讯系统集成的器件方案。将包括柔性天线5、弹性导线6、柔性传感电极7以及外部设备接口集成至以三层PDMS可拉伸薄膜为主
体的多层薄膜结构中，可实现超薄、可拉伸、性能稳定的穿戴式健康监测系统。其中，以三层PDMS可拉伸薄膜结构为主体，一层粘性PDMS胶用于贴合人体皮肤，一层可拉伸PDMS薄膜用
于提供良好的拉伸性能，而中间的一层应力控制PDMS薄膜2可提供良好的弯曲性能，控制弯
曲应力并保护布置于其上的所述弹性导线6，从而，该集成器件可以兼顾可穿戴柔性系统的
可拉伸性、可弯曲性以及与皮肤的贴合性。

[0031] 在粘性PDMS薄膜3表面集成的柔性传感电极7用于与人体皮肤表面的接触，该柔性传感电极7可通过金属铜连接至粘性PDMS薄膜3表面。使用时，柔性传感电极7、作为柔性薄
膜基底的粘性PDMS薄膜3以及人体皮肤三者间可紧密贴合。

[0032] 在可延展PDMS薄膜1表面布置倒F圆弧形天线结构，其与圆形地板配合形成的共性变形结构，特别是作为天线结构主辐射单元的圆弧边条与圆形地板或椭圆形的圆周平行，
提高了柔性天线5的可拉伸和弯曲变形性能，即使发生拉伸和弯曲变形也可以正常工作在
通信带宽内，不影响天线射频性能。

[0033] 柔性传感器件的制备方法在玻璃衬底表面制备一层可延展PDMS薄膜1，优选的，厚度为100微米，以保证后续
层次结构的集成和薄膜系统整体可拉伸性能。可以采用混合后刮涂至磨具中的方法进行一
次成型，也可采用旋涂的方法制备圆形薄膜后切割。

[0034] 在可延展PDMS薄膜1上制备弹性导线6，优选的，弹性导线6采用导电树脂或导电胶等导电性能优秀的弹性材料，弹性导线6采用S形走向，以有效提高抗拉性能，弹性导线6用
于将薄膜两端的心电电极采集到的心电信号输送至中央区域，方便与信号读取电路连接
（图中未示出）
在可延展PDMS薄膜1上制备应力控制PDMS薄膜2，同时，应力控制PDMS薄膜2应完全
包覆弹性导线6，使其嵌入应力控制PDMS薄膜2中，优选的，应力控制PDMS薄膜2的杨氏模量
应低于可延展PDMS薄膜1，同时，厚度为100微米为宜，使其充分起到弯曲应力控制的作用。

[0035] 应力控制PDMS薄膜2上制备粘性PDMS薄膜3，优选的，粘性PDMS薄膜3厚度为100微米，以保证人体贴合强度和薄膜整体厚度。

[0036] 将作为心电电极的柔性传感电极7制备于粘性PDMS薄膜3，优选的，心电电极间距大于50 mm，以保证心电信号电势差。

[0037] 将柔性天线5制备于可延展PDMS薄膜1上，在本实施例中，可使用丝网印刷方法、喷墨打印方法或薄膜沉积方法将导电材料加工在应力控制区域上，导电材料可以是银，或铜。

[0038] 制备的一种天线结构如图3所示，其具有作为主辐射单元的圆弧形辐射臂（圆弧线边8）、连接在所述辐射臂端部的第一线边9以及连接在所述辐射臂中间的第二线边10，所述
倒F圆弧形天线结构的第一线边连接所述第一上表面地板，而所述倒F圆弧形天线结构的第
二线边连接所述馈电端口11，所述倒F圆弧形天线结构的圆弧线边设置成沿着所述第一上
表面地板的弧形周边的延伸方向延伸，天线地板中央布置过孔12左右各一用于将中间层的
弹性导线6通过导电材料填充引导至薄膜系统表面，方便与信号读取电路（未图示）连接。

[0039] 综上所述，与传统柔性天线技术相比，本发明提供了一种基于层次结构薄膜系统的可穿戴人体柔性天线器件，设计了三层PDMS薄膜结构，提高信号测量的精确性和稳定性，
同时保证穿戴的舒适性和轻便性。该可穿戴人体柔性天线器件的最上层为可延展PDMS薄
膜，配置有柔性天线以实现无线通信。中间层为应力控制PDMS薄膜，嵌入弹性导线，其低杨
氏模量设计有效控制弯曲应力，提供良好的弯曲性能。最下层为粘性PDMS薄膜，贴合皮肤，
布置柔性传感电极采集心电信号，并通过弹性导线与天线连接。基于该层次结构薄膜系统，
结构在保持器件轻薄舒适的同时，提高了其在身体运动中的稳定性，解决了传统设计中稳
定性与舒适性的矛盾，实现了高稳定性的信号传输。

[0040] 以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，
在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，
而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术
语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一
个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施
例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例
中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述
的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了
本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本
文中进行各种改变、替换和变更。