用于眼动监测的天线的设计方法

技术特征：
1.一种用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤1，根据天线的设计要求以及工艺加工难度，确定天线基地以及导电层的材料；步骤2，根据天线的设计要求与选用的材料，确定天线基本结构；所述天线基本结构包括天线基地、导电层和rfid芯片，rfid芯片连接导电层，所述天线基地将导电层和rfid芯片包覆其中，天线基本结构的形状与人眼球表面形状相匹配；所述导电层包括半径依次减小的三个同心导电环，三个导电环均设有缺口且相邻导电环的缺口之间均通过连接部连接，使得导电层成为螺旋状的一条导电通路。步骤3，根据以下公式所示的设计要求，选择步骤2确定的天线基本结构的导电层的尺寸：0.1mm<d1 d2 d3 d6 d7<r-2mmd4*1.5 d5<r0.4mm<d4其中，r为天线整体的半径，d1为从外至里第一圈的环宽，d2为从外至里第二圈的环宽，d3为从外至里第三圈的环宽，d4为从外至里第一圈的开口尺寸，d5为环与环连接部分的宽度，d6为从外至里第一圈与第二圈的间距，d7为从外至里第二圈与第三圈的间距；步骤4，在三维高频电磁场仿真软件hfss中，为步骤3得到的天线基本结构添加辐射边界和端口激励，得到天线结构；步骤5，根据工作频率要求以及天线工作精度要求，在三维高频电磁场仿真软件hfss中引入人眼模型并对步骤4得到的天线结构进行仿真，得到仿真的阻抗值；步骤6，将步骤5仿真得到的阻抗值与天线设计要求的阻抗进行对比，当误差在要求范围内时，将步骤4得到的天线结构以及步骤5得到的仿真的阻抗值分别作为当前的天线结构和当前阻抗值输入步骤9；当误差不在要求范围内时，将步骤4得到的天线结构作为当前的天线结构，进入步骤7；步骤7，根据天线设计要求构建适应度；步骤8，采用粒子群算法对当前的天线结构中的导电层尺寸进行优化，算法的结束条件为适应度值<50，得到优化后的导电层尺寸及其对应的阻抗值，即得到优化后的天线结构作为当前的天线结构，其对应的阻抗值作为当前阻抗值，进入步骤9；步骤9，根据当前的天线结构进行实物制作，测试读取距离，若读取距离不满足要求，则采用矢网进行阻抗测试得到实测阻抗值，根据以下两个公式分别计算实测阻抗值与当前阻抗值的实部误差ε1和虚部误差ε2，根据实部误差ε1和虚部误差ε2构建当前适应度函数，返回执行步骤7，直至读取距离满足要求，得到最终的天线结构；ε1＝re
′‑
reε2＝im
′‑
im其中，re
′
和im
′
分别为步骤9所得到的实测阻抗值的实部值和虚部值，re和im采用当前阻抗值的实部和虚部值。2.如权利要求1所述的用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，所述步骤1包括如下子步骤：
步骤1.1，选用正切损耗角值tanδ为0.05，相对介电常数ε
r
为2.75，弹性模量e为0.6mpa，每层天线基地的厚度均为50um-100um的pdms；步骤1.2，选用铜作为导电层材料，厚度为10um。3.如权利要求1所述的用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，所述步骤2中，天线整体的半径为7mm，导电层两个表面上包覆的天线基地的厚度均为100um。4.如权利要求1所述的用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，所述步骤4中，所述辐射边界表面与主辐射贴片的距离大于等于电磁波波长的四分之一；所述端口激励类型为波端口或集总端口。5.如权利要求1所述的用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，所述步骤5中，进行仿真时，选取仿真频率为915mhz，自适应网格最大迭代次数为20，收敛误差为0.02，扫频频率范围为0.5ghz-1.5ghz，扫频频率步进为0.1mhz。6.如权利要求1所述的用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，所述步骤6中，所述天线设计要求的阻抗为30.53 j*211.81，j是虚数。7.如权利要求1所述的用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，所述步骤6中，所述适应度＝|re-30.53| |im-211.81|，其中，re为优化过程中的结构参数所对应的天线结构在三维高频电磁场仿真中得到的阻抗值的实部值，im为优化过程中的结构参数所对应的天线结构在三维高频电磁场仿真中得到的阻抗值的虚部值。8.如权利要求1所述的用于眼动监测的天线的设计方法，其特征在于，所述步骤9中，所述当前适应度＝|re-30.53-ε1| |im-211.81-ε2|。

技术总结
本发明公开了一种用于眼动监测的天线的设计方法：步骤1，确定天线基地以及导电层的材料；步骤2，确定天线基本结构；天线基本结构包括天线基地、导电层和RFID芯片，RFID芯片连接导电层；步骤3，选择导电层尺寸；步骤4，添加辐射边界和端口激励；步骤5，进行仿真得到仿真的阻抗值；步骤6，将仿真的阻抗值与设计要求对比，当误差在要求范围内时进入步骤9；否则进入步骤7；步骤7，构建适应度；步骤8，采用粒子群算法对导电层进行优化；步骤9，实物制作并测试读取距离，继续迭代。本发明借助后向散射的思路，通过回波信号的变化进行眼动的检测，在保证高精度追踪眼球运动的前提下降低了天线安装的侵入性且解决了隐私安全问题。侵入性且解决了隐私安全问题。侵入性且解决了隐私安全问题。


技术研发人员：刘宝英 侯紫玉 张英春 李荔垚 宋林蔚 任宇辉 王夫蔚 房鼎益 陈晓江
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：2022.08.04
技术公布日：2022/11/29