近日，779cn太阳集团柔性射频技术研究中心陆卫兵教授课题组在天线领域顶级期刊《IEEE Transactions on Antennas and Propagation》上发表题为“Analytical Modeling of Resonance Frequency Shifts Induced by Mechanical Strain in Stretchable Rectangular Patch Antennas”的研究论文。该研究创新性地提出了“本征模式追踪”的分析方法，首次揭示了可拉伸矩形贴片天线在机械应变下电磁性能变化的内在物理图像，为高鲁棒性柔性天线的设计提供了全新的理论视角。
【研究背景与挑战】
随着物联网与可穿戴技术的飞速发展，柔性电子系统对天线在拉伸等形变下保持稳定射频性能的需求日益迫切。贴片天线自具窄带特性使得微小几何形变即引起谐振频率漂移，导致系统性能恶化。现有研究主要依赖全波仿真或计算密集型方法，缺乏物理解释且难以全面捕捉多模行为。因此，建立兼具物理解释性与普适性的理论模型已成为该领域的关键挑战。
【核心创新：本征模式追踪方法】
针对上述挑战，课题组独辟蹊径，将经典的腔模理论与弹性力学耦合分析，取得了以下突破性进展：
1.首次建立机电耦合的闭式解析模型
通过将拉伸变形后贴片的几何尺寸与材料本构参数（泊松比、杨氏模量）应用于扩展后的腔模公式，首次推导出能显式关联应变幅度与各本征模式谐振频率偏移的闭式解析表达式。
2. 揭示模式依赖的、清晰的物理图像
通过追踪不同本征模式在应变下的“足迹”，一副清晰的物理图像首次展现在眼前：
a) 方向异性：
对于TM0n模式，横向拉伸导致频率升高而纵向拉伸导致频率降低。而对于TMm0模式，其场结构决定了其响应规律完全相反。这种模式与受力方向的严格对应关系，正是物理图像的核心。
b) 材料参数的影响：
追踪结果显示，泊松比对频率偏移的幅度有显著影响，尤其在特定方向（如x方向拉伸时的TM0n模式），而衬底厚度和介电常数的影响则相对微弱。这为根据应用场景选择材料提供了物理依据。
3. 提出“谐振频率应变”作为量化指标
受力学应变启发，定义了“谐振频率应变”指标，用以统一度量不同模式、材料、及受力方向下的天线稳定性，为鲁棒性评估提供了统一、直观的度量标准。
【总结与展望】
本研究通过“本征模式追踪”绘制了可拉伸矩形贴片天线在机械应变下的清晰物理图像。将性能分析从 “现象观测”提升至“机理理解”的新高度。这一工作标志着课题组在柔性射频技术的理论分析探索前沿迈出了坚实的一步，为未来高性能、高鲁棒性可穿戴射频系统的设计提供了新的理论依据和研究范式。
该论文第一作者为博士生寇政豪，唯一通讯作者为陆卫兵教授，合作者包括西安电子科技大学连人尊副教授与779cn太阳集团柔性射频技术研究中心李佳宁博士生。研究工作得到了江苏省基础研究计划、国家自然科学基金等项目的资助。
原文链接：
Z. Kou, R. -Z. Lian, J. Li and W. -B. Lu, "Analytical Modeling of Resonance Frequency Shifts Induced by Mechanical Strain in Stretchable Rectangular Patch Antennas," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, doi: 10.1109/TAP.2026.3667386.
图1 单轴应力载荷下矩形贴片天线的应变示意图。
(a). x方向单轴应力载荷；(b). 初始状态；(c). y方向单轴应力载荷。
图2 TM01、TM02、TM10和TM20模式反射系数的理论计算、全波仿真和实测结果对比。
图3 沿对角线方向施加拉伸应力时方形贴片天线的形变示意图。
图4 由HFSS对方形贴片在x方向应变分别为0.1、0.2、0.3、0.4和0.5时进行本征模仿真得到的Mode 1和Mode 2的电场分布图的变化过程。
图5 应变幅度从0增加至0.5过程中，Mode 1在x方向(a)和y方向(b)的应力载荷下测试得到的反射系数结果；Mode 1在x方向(c)和y方向(d)的应力载荷下，本征模仿真、全波仿真和实测得到的谐振频率应变的结果对比。
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