CN107658549A - 基于液态金属的天线及其制备方法、天线辐射对称振子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，提供了一种基于液态金属的天线及其制备方法、天线辐射对称振子。该天线包括控制单元、天线馈线、支撑套管、气压平衡腔、基座以及两个由具有逆压电效应的压电材料制成的柔性侧板，气压平衡腔的顶部设有通气口、底部与支撑套管的顶部连通，基座的左右两侧均设有开口，两个柔性侧板分别盖设在相应的开口上、以与基座共同围设形成空腔，支撑套管的底部与空腔连通，空腔中充注有液态金属，天线馈线的一端插设在基座的底部、另一端与收发器电连接，控制单元与柔性侧板电连接、用于根据待接收的频率信号向柔性侧板施加相应大小的电压。本发明体积小、便于携带，而且辐射增益高、电磁兼容、频段宽度多，阻抗匹配性好。

Description

基于液态金属的天线及其制备方法、天线辐射对称振子

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种基于液态金属的天线及其制备方法、天线辐射对称振子。

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，都要依靠天线来工作。

但是，随着电子和无线通信行业的快速发展，系统对设备的小型化、高增益、多频段等指标的要求也越来越高，因此无线通信系统的发展方向必然为小型化、超宽带和功能多样化。而天线作为无线传输系统必不可少的基本部件，一方面需要扩展带宽，另一方面需要便于携带和安装。为了实现扩展带宽，现有技术中往往采用增加固体金属天线的数量的方式。但是，随着天线的密度不断提高，不仅会增加成本，而且还会带来严重的电磁耦合干扰。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中天线难以满足电磁兼容、宽频带的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种基于液态金属的天线，该天线包括控制单元、天线馈线、支撑套管、气压平衡腔、基座以及两个由具有逆压电效应的压电材料制成的柔性侧板，所述气压平衡腔的顶部设有通气口、底部与所述支撑套管的顶部连通，所述基座的左右两侧均设有开口，两个所述柔性侧板分别盖设在相应的所述开口上、以与所述基座共同围设形成空腔，所述支撑套管的底部与所述空腔连通，所述空腔中充注有液态金属，所述天线馈线的一端插设在所述基座的底部、另一端与收发器电连接，所述控制单元与所述柔性侧板电连接、用于根据待接收的频率信号向所述柔性侧板施加相应大小的电压。

其中，还包括盖设在所述支撑套管的顶部的亚克力树脂膜，所述亚克力树脂膜上设有多个透气孔，所述支撑套管中充注有用于密封所述液态金属的碱性密封液。

其中，所述碱性密封液是质量分数为5％的氢氧化钠溶液。

其中，所述亚克力树脂膜的成分包括含羟基类丙烯酸酯。

其中，所述液态金属包括镓基合金、铟基合金或铋基合金。

其中，所述支撑套管为PC管。

其中，所述基座和/或所述气压平衡腔的材质为塑料或橡胶。

其中，所述控制单元包括电子芯片和选频电路，所述选频电路包括可变电容和电感，所述可变电容和所述电感并联后一端与所述电子芯片电连接、另一端接地。

为解决上述问题，本发明还提供了一种天线辐射对称振子，该天线辐射对称振子包括多个相互平行的天线振子，每个所述天线振子包括两个如上述所述的基于液态金属的天线，两个所述基于液态金属的天线上下相对设置。

为解决上述问题，本发明还提供了一种基于液态金属的天线的制备方法，该方法包括以下步骤：

将两个柔性侧板分别粘接在基座左右两侧的开口上、以与基座共同围设形成空腔；

将支撑套管的底端粘接在基座的顶部，使支撑套管与空腔连通；

向支撑套管中依次充入液态金属和碱性密封液，并将亚克力树脂膜盖设在支撑套管的顶部；

将气压平衡腔粘接在支撑套管的顶端，使支撑套管与气压平衡腔连通；

将天线馈线的一端插设在基座的底部，使天线馈线与液态金属接触；将天线馈线的另一端与收发器电连接；

将控制单元与柔性侧板电连接。

本发明中控制单元根据待接收的频率信号向柔性侧板施加相应大小的电压，以使柔性侧板发生一定程度的挤压变形，随着空腔的体积缩小，存储在空腔中的部分液态金属会被压入支撑套管，并在支撑套管中形成液态金属柱即液态金属天线，由于，液态金属天线的长度与柔性侧板的变形程度成正比，即液态金属天线的长度会随待接收的频率信号同步变化，也就是说频带可按需求随时变化，进而也就实现了频带的扩展，而且还不会产生电磁耦合干扰。可见，本发明结构简单、体积小、便于携带，而且辐射增益高、频段宽度多，阻抗匹配性好，具有优良的微波射频性能，不仅可应用于民用以及军工通信领域，而且还应用于具有多个电子系统的需要多频段的平台。另外，由于液态金属具有良好的流动性，因此不仅可防止天线发生断裂，而且还可保证即使反复弯折液态金属天线也不会疲劳、并能快速自我修复。

附图说明

图1是本发明实施例1中柔性侧板未发生变形时一种基于液态金属的天线的示意图；

图2是本发明实施例1中柔性侧板发生变形时一种基于液态金属的天线的示意图；

图3是本发明实施例1中一种基于液态金属的天线中控制单元的示意图；

图4是本发明实施例2中一种天线辐射对称振子的示意图。

附图标记说明：

1、基于液态金属的天线；2、基座；3、柔性侧板；4、液态金属；

5、支撑套管；6、碱性密封液；7、亚克力树脂膜；

8、气压平衡腔；9、天线馈线；10、收发器；11、控制单元；

11-1、电子芯片；11-2、可变电容；11-3、电感。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

实施例1

结合1和图2所示，本发明实施例提供了一种基于液态金属的天线1，该天线包括控制单元11、天线馈线9、支撑套管5、气压平衡腔8、基座2以及两个由具有逆压电效应的压电材料制成的柔性侧板3，气压平衡腔8的顶部设有通气口、底部与支撑套管5的顶部连通，基座2的左右两侧均设有开口，两个柔性侧板3分别盖设在相应的开口上、以与基座2共同围设形成空腔，支撑套管5的底部与空腔连通，空腔中充注有液态金属4，天线馈线9的一端插设在基座的底部、另一端与收发器10电连接，控制单元11与柔性侧板3电连接、用于根据待接收的频率信号向柔性侧板3施加相应大小的电压，也就是说，控制单元11向柔性侧板3施加的电压与待接收的频率信号一一对应。

由于，天线馈线9插设在基座的底部，因此天线馈线9可与液态金属4始终保持接触，进而就可利用液态金属4良好的导电性，通过天线馈线9将液态金属天线接收到的频率信号传送给收发器10，或通过天线馈线9将收发器10发射的频率信号传送给液态金属天线。而由于柔性侧板3是由具有逆压电效应的压电材料制成，因此当控制单元11根据待接收的频率信号向柔性侧板3施加相应大小的电压时，柔性侧板3就会发生挤压变形，随着空腔的体积缩小，存储在空腔中的部分液态金属4会被压入支撑套管5，并在支撑套管5中形成液态金属柱即液态金属天线，由于，液态金属天线的长度与柔性侧板3的变形程度成正比，即液态金属天线的长度与施加在柔性侧板3上的电压大小成正比，因此液态金属天线的长度会随待接收的频率信号同步变化，也就是说频带可按需求随时变化，进而也就实现了频带的扩展，而且还不会产生电磁耦合干扰。

进一步地，还包括盖设在支撑套管5的顶部的亚克力树脂膜7，亚克力树脂膜7上设有多个透气孔，支撑套管5中充注有用于密封液态金属4的碱性密封液6，也就是说，碱性密封液6的密度小于液态金属4的密度，碱性密封液6可盖设在液态金属4的表面，以避免液态金属4被氧化。其中，亚克力树脂膜7的成分包括含羟基类丙烯酸酯，透气孔的直径优选为0.5mm～1.0mm，碱性密封液6优选为质量分数为5％的氢氧化钠溶液。

这样设置的好处在于：一方面、由于亚克力树脂膜7与碱性溶液接触后会凝结硬化，因此当柔性侧板3的变形程度过大时，碱性密封液6在支撑套管5中的位置会随着液态金属天线的长度的增大而不断升高，当碱性密封液6与亚克力树脂膜7接触时，亚克力树脂膜7就会凝结硬化，进而就可将液态金属4阻拦在支撑套管5中，以避免液态金属4从通气口溢出；另一方面，通过在亚克力树脂膜7上开设多个透气孔，可保证支撑套管5通过气压平衡腔8与外界连通，以使该天线内外压力保持平衡。

优选地，液态金属4包括镓基合金、铟基合金或铋基合金，其熔点低、常温下呈现液态、具良好的导热性和流动性，且弹性大于铜等固态金属，具有良好的自我修复能力。

更优选地，液态金属4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，因而在常温下始终保持液态，并且还具有天线所需要的电子特性。

优选地，支撑套管5为PC管，例如可采用厚度为3～6mm，内径为8～10mm的PC管。需要说明的是，支撑套管5的形状并不局限于直线形，例如还还可以是螺旋形或圆弧形等，只要其内部具有用于液态金属4流动的细长通道即可。

优选地，基座2和/或气压平衡腔8的材质为塑料或橡胶。

结合图3所示，控制单元11包括电子芯片11-1和选频电路，选频电路包括可变电容11-2和电感11-3，可变电容11-2和电感11-3并联后一端与电子芯片11-1电连接、另一端接地。由此，基于谐振选频电路技术，首先可进行调谐，具体地：调节可变电容11-2使选频电路中的固有频率与待接收的微波频率相等；然后，输出相应大小的电压，具体地：当选频电路谐振时，就可通过电子芯片11-1向柔性侧板3施加与待接收的微波频率对应的电压。可见，本发明的调谐方式简单可靠，且能够获得良好的阻抗匹配、辐射增益高、频带宽度多，具有优良的微波射频性能。

实施例2

如图4所示，本发明还提供了一种天线辐射对称振子，该天线辐射对称振子包括多个相互平行的天线振子，每个天线振子包括两个如上述的基于液态金属的天线1，两个基于液态金属的天线1上下相对设置。

本实施例中的基于液态金属的天线1的结构与原理与实施例1相同，本实施例不再赘述。通过多个天线振子同时对同一频率信号进行接收和发射，可在水平方向形成多个辐射圈，进而可大大提高辐射功率，使其可用于超远距离微波信号的传输。

实施例3

本发明还提供了一种基于液态金属的天线1的制备方法，该方法包括以下步骤：

将两个柔性侧板3分别粘接在基座2左右两侧的开口上、以与基座2共同围设形成空腔；

将支撑套管5的底端粘接在基座2的顶部，使支撑套管5与空腔连通。

向支撑套管5中依次充入液态金属4和碱性密封液6，并将亚克力树脂膜7盖设在支撑套管5的顶部；

将气压平衡腔8粘接在支撑套管5的顶端，使支撑套管5与气压平衡腔8连通；

将天线馈线9的一端插设在基座的底部，使天线馈线9与液态金属4接触；将天线馈线9的另一端与收发器10电连接；

将控制单元11与柔性压电材料电连接。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于液态金属的天线，其特征在于，包括控制单元、天线馈线、支撑套管、气压平衡腔、基座以及两个由具有逆压电效应的压电材料制成的柔性侧板，所述气压平衡腔的顶部设有通气口、底部与所述支撑套管的顶部连通，所述基座的左右两侧均设有开口，两个所述柔性侧板分别盖设在相应的所述开口上、以与所述基座共同围设形成空腔，所述支撑套管的底部与所述空腔连通，所述空腔中充注有液态金属，所述天线馈线的一端插设在所述基座的底部、另一端与收发器电连接，所述控制单元与所述柔性侧板电连接、用于根据待接收的频率信号向所述柔性侧板施加相应大小的电压。

2.根据权利要求1所述的基于液态金属的天线，其特征在于，还包括盖设在所述支撑套管的顶部的亚克力树脂膜，所述亚克力树脂膜上设有多个透气孔，所述支撑套管中充注有用于密封所述液态金属的碱性密封液。

3.根据权利要求2所述的基于液态金属的天线，其特征在于，所述碱性密封液是质量分数为5％的氢氧化钠溶液。

4.根据权利要求2所述的基于液态金属的天线，其特征在于，所述亚克力树脂膜的成分包括含羟基类丙烯酸酯。

5.根据权利要求1所述的基于液态金属的天线，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。

6.根据权利要求1所述的基于液态金属的天线，其特征在于，所述支撑套管为PC管。

7.根据权利要求1所述的基于液态金属的天线，其特征在于，所述基座和/或所述气压平衡腔的材质为塑料或橡胶。

8.根据权利要求1至7任一项所述的基于液态金属的天线，其特征在于，所述控制单元包括电子芯片和选频电路，所述选频电路包括可变电容和电感，所述可变电容和所述电感并联后一端与所述电子芯片电连接、另一端接地。

9.一种天线辐射对称振子，其特征在于，包括多个相互平行的天线振子，每个所述天线振子包括两个如权利要求1至8任一项所述的基于液态金属的天线，两个所述基于液态金属的天线上下相对设置。

10.一种基于液态金属的天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将两个柔性侧板分别粘接在基座左右两侧的开口上、以与基座共同围设形成空腔；

将支撑套管的底端粘接在基座的顶部，使支撑套管与空腔连通；

向支撑套管中依次充入液态金属和碱性密封液，并将亚克力树脂膜盖设在支撑套管的顶部；

将气压平衡腔粘接在支撑套管的顶端，使支撑套管与气压平衡腔连通；

将天线馈线的一端插设在基座的底部，使天线馈线与液态金属接触；将天线馈线的另一端与收发器电连接；

将控制单元与柔性侧板电连接。