CN106654503B - 一种基于液态金属的气控变形天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于液态金属的气控变形天线，包括柔性流道、液态金属、气囊和气泵，所述液态金属和所述气囊均设置在所述柔性流道内部，所述气泵设置在所述柔性流道外部，用于为所述气囊充气或吸气。本发明通过向气囊内充气使其膨胀，从而推动柔性流道内的液态金属移动，形成特定的形状。通过对不同的气囊内充气，改变其体积和形状可以实现液态金属天线位置的变化、天线直径的变化、天线长度的变化以及天线倾角的变化，这种气控变形天线的直径和长度具有较大的变化范围，因而可以提供较宽的工作频带。液态金属材料具有流动性，可防止天线发生断裂，并且具有自修复能力。

Description

一种基于液态金属的气控变形天线

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于液态金属的气控变形天线。

背景技术

天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的器件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来工作。近年来，随着雷达和通信系统的迅速发展，汽车、飞机、舰船以及各种民用电子设备需要用到各种尺寸和形状的天线。传统的固体金属天线只具有一种特定的形状，而为了满足不同的无线电信号的发送和接收要求，只能采用搭载多个天线的方式解决，这无疑增加了天线的制作成本和占用空间。

天线的形状和高度直接影响无线电信号的接收效果。为了提高天线的带宽，即有效工作的频率范围，通常采用以下多种技术，如使用较粗的金属线，使用金属“网笼”来近似更粗的金属线，尖端变细的天线元件，如馈电喇叭中，以及多天线集成的单一部件。天线的倾角也会影响天线的发射效果，例如底面雷达天线向上倾斜，便于高空的飞行器接收无线电信号。此外，接收天线的位置也会影响信号的接收效果，如手机等移动设备的天线辐射特性会根据用户的使用状态而多样变化。目前的固态金属天线存在形状单一的缺点和不足

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于液态金属的气控变形天线，该装置利用液态金属的导电性和流动性，可通过充放气来实现天线的变形。

根据本发明的一个方面，提供一种基于液态金属的气控变形天线，包括柔性流道、液态金属、气囊和气泵，所述液态金属和所述气囊均设置在所述柔性流道内部，所述气泵设置在所述柔性流道外部，用于为所述气囊充气或吸气。利用所述气泵向所述气囊内充气使其体积膨胀，或由所述气囊吸气使其体积收缩，可以控制所述柔性流道内的液态金属在内部流道内移动。

进一步，所述柔性流道的底部设有用于盛放所述液态金属的底座；所述气囊包括设置在所述柔性流道的底座内的底部气囊，所述底部气囊与所述气泵连通，所述底部气囊呈空心圆柱体状，且贴附在所述底座的内壁四周，所述液态金属位于所述底部气囊的中部空心处。

进一步，所述气囊包括设置在所述柔性流道的内壁四周的外周气囊，所述外周气囊与所述气泵连通。

进一步，所述外周气囊呈空心圆柱体状，且贴附在所述柔性流道内壁的四周，所述液态金属位于所述底部气囊的中部空心处。

进一步，所述外周气囊包括至少两个相互分离的气室，并分别与所述气泵连接。进一步，所述外周气囊包括左右两个气室，由所述气泵分别控制向气室内充气或吸气，实现所述柔性流道向特定方向进行弯曲倾斜。

进一步，所述柔性流道的材料包括硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛或聚乙烯等高弹性材料中的一种或多种。当所述气泵向所述柔性流道内的气囊充或吸气时，具有高弹性的所述柔性流道可做出相应的变形。

进一步，所述液态金属包括镓基合金、铟基合金或铋基合金。

进一步，所述液态金属包括质量分数为75.5％的镓和24.5％的铟组成的镓铟合金。该合金的熔点为10.35度，因而在常温下保持液态，所述液态金属也可为其他质量配比的镓铟合金以及其他材料组成液态金属。

进一步，所述气囊为硅橡胶等制成的弹性薄膜，所述气囊内部填充气体包括氮气、氩气、二氧化碳或空气等。

进一步，所述天线形状为直线形、螺旋形、圆弧形、三角形或方形等。

基于上述技术方案，本发明通过向气囊内充气使其膨胀，从而推动柔性流道内的液态金属移动，形成特定的形状。通过对不同的气囊内充气，改变其体积和形状可以实现液态金属天线位置的变化、天线直径的变化、天线长度的变化以及天线倾角的变化，这种气控变形天线的直径和长度具有较大的变化范围，因而可以提供较宽的工作频带。液态金属材料具有流动性，可防止天线发生断裂，并且具有自修复能力。液态金属是一类熔点较低的合金，具有良好的导电性和较低的熔点，因而在无线通信领域、柔性电子、可变形机器研究等方面有着广阔的应用前景，如作为可穿戴设备之间的电气连接部件以及用于制造柔性压力传感器、柔性电感和可拉伸扬声器等。

附图说明

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的天线长度变化的示意图；

图3是本发明实施例的天线直径变化的示意图；

图4是本发明实施例的天线倾角变化的示意图；

图5是本发明实施例的天线位置变化的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参考图1，本发明提供一种基于液态金属的气控变形天线，包括柔性流道1、液态金属2、气囊和气泵5，所述液态金属2和所述气囊均设置在所述柔性流道1内部，所述气泵5设置在所述柔性流道1外部，用于为所述气囊充气或吸气。利用所述气泵5向所述气囊内充气使其体积膨胀，或由所述气囊吸气使其体积收缩，可以控制所述柔性流道1内的液态金属2在内部流道内移动。

所述柔性流道1的底部设有用于盛放所述液态金属2的底座6；所述气囊包括设置在所述柔性流道1的底座6内的底部气囊3，所述底部气囊3与所述气泵5连通，所述底部气囊3呈空心圆柱体状，且贴附在所述底座6的内壁四周，所述液态金属2位于所述底部气囊3的中部空心处。

所述气囊包括设置在所述柔性流道1的内壁四周的外周气囊4，所述外周气囊4与所述气泵5连通。

所述外周气囊4可以呈空心圆柱体状，且贴附在所述柔性流道1内壁的四周，所述液态金属2位于所述底部气囊3的中部空心处。

优选地，所述外周气囊4还可包括至少两个相互分离的气室，并分别与所述气泵5连接。进一步，所述外周气囊4包括左右两个气室，由所述气泵5分别控制向气室内充气或吸气，实现所述柔性流道1向特定方向进行弯曲倾斜。

所述柔性流道1采用硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛或聚乙烯等高弹性材料中的一种或多种制成。当所述气泵5向所述柔性流道1内的气囊充或吸气时，具有高弹性的所述柔性流道1可做出相应的变形。

所述液态金属2包括镓基合金、铟基合金或铋基合金。

进一步，所述液态金属2包括质量分数为75.5％的镓和24.5％的铟组成的镓铟合金。该合金的熔点为10.35度，因而在常温下保持液态，所述液态金属2也可为其他质量配比的镓铟合金以及其他材料组成液态金属。

所述气囊为硅橡胶等制成的高弹性薄膜，所述气囊内部填充气体包括但不限于氮气、氩气、二氧化碳或空气等。

所述天线形状为直线形、螺旋形、圆弧形、三角形或方形等。

在根据本申请的一个实施例中，参考图1，一种基于液态金属的气控变形天线，包括柔性流道1、液态金属2、底部气囊3、外周气囊4和气泵5。

所述柔性流道1的内径为8mm，外径为10mm，所述柔性流道1的底座6内径为12mm，外径为14mm。由弹性材料，如聚二甲基硅氧烷制成；所述液态金属2为镓铟合金，在常温下为液态，具有天线所需的电子特性，且具有自我修复能力；所述底部气囊3外形为空心圆柱体，位于柔性流道1底部，贴附在柔性流道1内壁四周，薄膜厚度为1mm，内部填充气体，并与气泵5连接；所述外周气囊4分为左右两个气囊，位于柔性流道1的上部，贴附在柔性流道1内壁两侧，气囊的薄膜厚度为1mm，内部填充气体，并与气泵5连接；所述气泵5与底部气囊3和外周气囊4连接，可以向气囊充气和吸气，以改变气囊的体积。

参考图2，所述液态金属天线长度变化通过以下方式实现：通过气泵5向底部气囊3充气，位于柔性流道1的底座内的液态金属2在底部气囊3的挤压下，向上运动进入柔性流道1的上部；随着底部气囊3体积的增大，液态金属2在柔性流道1内的上升高度增加，将底部气囊3内气体抽出，则使液态金属2的高度减小，从而实现液态金属天线长度的变化。

参考图3，所述液态金属天线直径变化通过以下方式实现：通过气泵5向位于柔性流道1上部的外周气囊4内充气，使其体积增大，进而使得外周气囊4中间的管径减小，当液态金属2在底部气囊3推动下向上运动时，所形成的液态金属天线直径也会相应减小；反之，外周气囊4的体积减小，则形成的液态金属天线直径相应增加。

参考图4，所述液态金属天线倾角变化通过以下方式实现：通过气泵5向位于柔性流道1上部左侧的外周气囊4内充气，使其体积增加，带动左侧的柔性流道1拉伸，导致柔性流道1向右侧弯曲倾斜；反之，向右侧的外周气囊4内充气，使其体积增加，带动右侧的柔性流道1拉伸，导致柔性流道1向左侧弯曲倾斜。

参考图5，所述液态金属天线位置变化通过以下方式实现：将A、B、C和D四个柔性流道的底座的流道组合成一个正方形，内部贴附四个底部气囊。例如，向A底部气囊内充气，其余底部气囊抽气，则液态金属进入A对应的柔性流道的位置；向B底部气囊内充气，其余底部气囊抽气，则液态金属进入B对应的柔性流道的位置，从而实现天线位置变化。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变形天线，其特征在于，包括柔性流道、液态金属、气囊和气泵，所述液态金属和所述气囊均设置在所述柔性流道内部，所述气泵设置在所述柔性流道外部，用于为所述气囊充气或吸气；所述柔性流道的底部设有用于盛放所述液态金属的底座；所述气囊包括设置在所述柔性流道的底座内的底部气囊，所述底部气囊与所述气泵连通。

2.根据权利要求1所述的一种变形天线，其特征在于，所述底部气囊呈空心圆柱体状，且贴附在所述底座的内壁四周，所述液态金属位于所述底部气囊的中部空心处。

3.根据权利要求1所述的一种变形天线，其特征在于，所述气囊包括设置在所述柔性流道的内壁四周的外周气囊，所述外周气囊与所述气泵连通。

4.根据权利要求3所述的一种变形天线，其特征在于，所述外周气囊包括至少两个相互分离的气室，并分别与所述气泵连接。

5.根据权利要求3所述的一种变形天线，其特征在于，所述外周气囊呈空心圆柱体状，且贴附在所述柔性流道内壁的四周，所述液态金属位于所述底部气囊的中部空心处。

6.根据权利要求1所述的一种变形天线，其特征在于，所述柔性流道的材料包括硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、聚苯二甲酸乙二酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛或聚乙烯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种变形天线，其特征在于，所述液态金属包括镓基合金、铟基合金或铋基合金。

8.根据权利要求7所述的一种变形天线，其特征在于，所述液态金属包括质量分数为75.5％的镓和24.5％的铟组成的镓铟合金。

9.根据权利要求1所述的一种变形天线，其特征在于，所述气囊的材料包括硅橡胶，所述气囊内部填充气体包括氮气、氩气、二氧化碳或空气。

10.根据权利要求1所述的一种变形天线，其特征在于，所述天线形状为直线形、螺旋形、圆弧形、三角形或方形。