2026年6月27日，深圳大学电子与信息工程学院宋超运团队及其合作者在自然子刊《Nature Communications》发表了题为“Multidirectional strain-insensitive stretchable RF electronics”的研究论文。论文第一作者为深圳大学境外优秀访学博士、伦敦国王学院博士生杨府荣，宋超运教授为论文末位通讯作者。共同完成单位还包括英国伦敦国王学院、美国宾夕法尼亚州立大学、中国科学院苏州生物医学工程技术研究所等。该工作获得国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目（海外）、深圳高层次人才启动项目，以及深圳大学境外优秀博士研究生赴深大访学项目等支持。
随着柔性电子、可穿戴健康监测和体域无线通信技术的发展，可拉伸射频电子器件正在成为下一代智能穿戴系统的重要基础。然而，人体日常运动会使贴附在皮肤或衣物上的天线产生不同方向和不同幅度的拉伸变形。传统可拉伸天线在受拉后往往会发生明显的谐振频率偏移，导致阻抗失配、辐射性能下降和无线链路不稳定，进而影响健康信号传输和无线能量采集的可靠性。已有应变不敏感天线通常只能在特定拉伸方向下保持稳定，难以适应人体运动中复杂的多方向变形场景。因此，如何在保持较高辐射性能的同时，实现任意面内方向下的应变不敏感射频响应，是柔性射频电子走向实际应用需要解决的关键问题。
针对上述问题，本研究建立了面向谐振型平面天线的方向性机电-电磁耦合分析框架，并提出了一种双端口多方向应变不敏感天线（DP-MSiA）。该设计基于对称性调控和表面电流重分布思想，在圆形贴片中心引入十字形槽结构，使拉伸引起的电流路径增长与泊松收缩导致的电流路径缩短相互补偿，从而在多方向变形下保持有效电长度基本稳定。进一步地，双正交端口结构为不同拉伸方向下的应变不敏感模式提供有效激励通道，使天线能够在多种面内拉伸方向下保持稳定谐振。
图1 多方向应变不敏感可拉伸射频电子的设计理念与应用场景
实验结果表明，该双端口多方向应变不敏感天线在2.45 GHz工作频段下表现出优异的抗形变能力。在最高45%面内拉伸应变下，不同方向拉伸引起的谐振频率偏移不超过40 MHz，显著优于传统无槽可拉伸天线。该器件采用液态金属颗粒导电层与Ecoflex柔性基底构建，兼具良好的柔性、可拉伸性和射频辐射性能，可贴附于复杂曲面和人体表面，为可穿戴射频系统提供稳定的无线接口。
图2 双端口多方向应变不敏感天线的结构设计与多方向拉伸性能表征
在无线能量采集方面，研究团队将DP-MSiA与整流电路集成，构建了可拉伸射频无线能量采集平台。实验显示，该平台在0°、45°、90°和135°等代表性拉伸方向下均可在约30%应变时持续点亮LED。相比之下，单端口结构只在部分方向上保持工作，传统无槽双端口结构在较小应变下即出现供能失效。进一步测试表明，DP-MSiA无线能量采集平台在所有测试方向上的失效应变均不低于45%，并在较大应变下仍能维持较稳定的输出电压和射频到直流转换能力，验证了其在柔性无线供能场景中的应用潜力。
图3 多方向应变不敏感射频无线能量采集平台及LED演示
面向可穿戴通信应用，研究团队进一步将双端口结构与可拉伸Wilkinson功分器结合，构建了单端口多方向应变不敏感天线（SP-MSiA），以适配商用无线通信系统。该天线被集成到带有心电电极的智能T恤中，并连接至基于蓝牙低功耗技术的无线心电监测系统。测试结果显示，在30%拉伸变形后，系统仍可在长距离通信条件下保持稳定的心电信号传输；在抬手、扩胸和户外跑步等动态运动场景中，系统能够连续记录心电、心率和三轴加速度信号，展示出面向实际人体运动环境的稳定无线健康监测能力。
图4 基于SP-MSiA的可穿戴无线心电监测与实际运动场景验证
本研究提出的多方向应变不敏感射频电子设计策略，不仅解决了传统可拉伸天线在复杂拉伸方向下易失谐、链路不稳定的问题，也为柔性无线能量采集、体域通信、自供能传感节点和智能物联网终端提供了新的器件基础。该工作证明，通过对称性设计、模式调控与电流路径补偿，可以在保持较高辐射性能的同时实现多方向形变下的稳定射频功能，为下一代贴身式、可变形、可靠无线电子系统的发展提供了新的思路。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-74900-5
