CN110581350A - 一种可重构的超带宽天线 - Google Patents

Abstract

一种可重构的超带宽天线，包括：平面柔性基体；封装在所述平面柔性基体内部的液态金属，其在所述平面柔性基体内部呈一定的平面图形，作为超带宽天线的金属天线；其中，所述液态金属所形成的平面图形中具有一个或多个电磁缝隙；通过拉伸和/或弯折所述平面柔性基体中的所述金属天线，调节所述超带宽天线的信号频段、辐射方向、以及辐射强度。本发明通过采用柔性材料制作超带宽天线，可满足超带宽天线的弯折、拉伸，从而实现一个超带宽天线的变频和定向功能。

Description

一种可重构的超带宽天线

技术领域

本发明属于超带宽天线变频技术领域，尤其涉及一种可重构的超带宽天线。

背景技术

超宽带(UWB)技术是一种新型的无线通信技术。它解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获能力低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。近年来，随着通讯技术的迅猛发展，天线被广泛应用于电子对抗系统、超宽带雷达、卫星通信等领域，在高速无线LAN、家庭网络及无线电话等方面也有广泛的需求。因此设计一种结构简单、性能良好的超宽带天线具有重大的现实意义。

特别是随着当今无线通信技术的迅速发展，推动了多模移动终端的发展，由于各种通信标准工作频段的不同，移动终端天线需要同时支持多个工作频段。随着新通信标准的应用，传统多频天线的覆盖频段数量不能满足要求，另外由于而受到移动终端体积的限制，在有限的空间内采用多天线将会产生很强的互耦合，而且多天线还将导致终端成本和能耗的提高，所以天线问题将成为今后多模技术发展的阻碍。作为超宽带技术的重要组成部分，超宽带天线，一方面具有优良的电磁兼容特性，安装方便解决了终端单频、多频天线间的电磁干扰问题，另一方面由于自身良好的宽频特性，很好的满足了当今不同通信模式下不同频率的使用要求。

目前，现有的超带宽天线虽然相比传统的窄带天线而言，其信号频段有了很大的提升，但对其自身而言，则缺少了一些变频性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种可重构的超带宽天线,以解决现有技术中超带宽天线无法实现变频的问题。

在一些说明性实施例中，所述可重构的超带宽天线，包括：平面柔性基体；封装在所述平面柔性基体内部的液态金属，其在所述平面柔性基体内部呈一定的平面图形，作为超带宽天线的金属天线；其中，所述液态金属所形成的平面图形中具有一个或多个电磁缝隙；通过拉伸和/或弯折所述平面柔性基体中的所述金属天线，调节所述超带宽天线的信号频段。

在一些可选地实施例中，所述可重构的超带宽天线，还包括：维持所述超带宽天线的拉伸和/或弯折状态的定型结构。

在一些可选地实施例中，所述定型结构，包括：至少一个与所述超带宽天线的弯折处平行设置的伸缩支架；至少两个固定在所述平面柔性基体上、位于所述伸缩支架两端、且与所述伸缩支架垂直连接的固定支架。

在一些可选地实施例中，所述固定支架为可塑支架。

在一些可选地实施例中，每个所述固定支架由至少2个相同尺寸的小支架连接构成，每两个所述小支架相连位置作为固定支架的弯折点；所述超带宽天线的弯折处位于所述固定支架之间相对的两个弯折点的连接线上。

在一些可选地实施例中，位于同一个所述固定支架上所述小支架之间通过齿轮配合实现两者之间角度的改变。

在一些可选地实施例中，，所述定型结构，包括：一个或多个设置在所述超带宽天线的弯折处的卡持件。

在一些可选地实施例中，所述定型结构，包括：一个或多个设置在远离所述超带宽天线的弯折处的连接件，用以将所述超带宽天线由于弯折形成的两个面保持在一定的距离。

在一些可选地实施例中，所述液态金属所形成的平面图形为对称结构，该对称结构中形成有一个或多个对称轴。

在一些可选地实施例中，所述超带宽天线的弯折处位于所述对称轴上。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明通过采用柔性材料制作超带宽天线，可满足超带宽天线的弯折、拉伸，从而实现一个超带宽天线的变频和定向功能。

附图说明

图1是本发明实施例中超带宽天线的平面示例；

图2是本发明实施例中超带宽天线的平面示例；

图3是本发明实施例中超带宽天线的折叠示例；

图4是本发明实施例中的固定支架的结构示例；

图5是本发明实施例中的定型结构的示例。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

如图1，本发明公开了一种可重构的超带宽天线，包括：平面柔性基体100；封装在所述平面柔性基体内部的液态金属200，其在所述平面柔性基体内部呈一定的平面图形，作为超带宽天线的金属天线；其中，所述液态金属所形成的平面图形中具有一个或多个电磁缝隙300；通过拉伸和/或弯折所述平面柔性基体中的所述金属天线，调节所述超带宽天线的信号频段。

本发明通过采用柔性材料制作超带宽天线，可满足超带宽天线的弯折、拉伸，从而实现一个超带宽天线的变频和定向功能。

在一些实施例中，可重构的超带宽天线，还可包括用以连接金属天线和外部信号射频部件的连接器500(例如天线馈线)。其中，连接器500可在超带宽天线进行工作之前，通过穿透平面柔性基体100与金属天线连接，也可以在超带宽天线制备完成时，与超带宽天线安装成一体结构。

在一些实施例中，平面柔性基体100可以是指其厚度远小于其尺寸面积，在某些实施例中，平面柔性基体100也可以是其它的可满足拉伸和/或弯折的结构，例如长方体、正方体、圆柱体等。平面柔性基体100主要作为液态金属200的承载物，其尺寸面积应大于液态金属200所形成的平面图形的尺寸面积，其形状可以是方形、圆形等规则平面图形，以及非规则平面图形。

平面柔性基体100的材质可选用硅胶、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚乳酸等，硅胶、聚二甲基硅氧烷具有良好的弹性形变恢复能力，可在拉伸释放后，自然恢复其原本大小。优选地，在一些实施例中，平面柔性基体100的材质可选用聚氨酯、聚乳酸等热固化材料，在拉伸、弯折等变形后，通过给与固化条件，使其维持变形状态，保证天线变形后的稳定性。并且这种材料，在一定条件下还可恢复为原本形态，即可实现可逆的天线变形。

液态金属200所形成的平面图形，可以是以一个对称轴的对称结构，如蝶形超带宽天线、对角对称结构的超带宽天线，也可以是以多个对称轴的对称结构，例如方形、圆形等。优选地，本发明实施例中的超带宽天线的弯折、弯曲处可为液态金属200所形成的平面图形中的一个或多个对称轴。

在一些实施例中，连接器500可设置在超带宽天线的一个对称轴所形成的线段上的任意点位，优选地，连接器500设置在超带宽天线的一个对称轴所形成的线段的一个端部。

由液态金属200所形成的平面图形中的电磁缝隙300是超带宽天线的金属之间设计的开口，是超带宽天线之所以工作的关键点，超带宽天线是通过电磁缝隙300收发信号波。平面图形中电磁缝隙300的数量可以为1个，也可以为多个，如图1示出了超带宽天线中则只有一个电磁缝隙300；参照图2示出的超带宽天线中则具有4个电磁缝隙300。

液态金属200又称为低熔点金属，其包括熔点在300摄氏度以下的低熔点金属单质或合金，合金成分包括镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、银、铜、钠、钾、镁、铝、铁、镍、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅等中的一种或多种，其形式可以是金属单质、合金，也可以是金属纳米颗粒与流体分散剂混合形成的导电纳米流体。具体地，流体分散剂优选为乙醇、丙二醇、丙三醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚二甲基硅氧烷、聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

液态金属200包括汞、镓、铟、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。这类低熔点金属具有优秀的导电性和液相流动性，因此在新型电子结构制造领域有着独特的应用价值。

优选地，液态金属200可采用在常温下即呈液态的低熔点金属，例如镓铟合金，其具体镓铟配比为75.5％的镓和24.5％的铟，该合金熔点为15.5度，其在常温下基本呈液体形态。

现在参照图3，图3示出了一种可重构的超带宽天线的示例，该示例中除承载了液态金属200的平面柔性基体100之外，还具有维持所述超带宽天线的拉伸和/或弯折状态的定型结构400。

定型结构400可以是维持所述超带宽天线的拉伸和/或弯折状态的任意定型结构，也可以是即提供超带宽天线拉伸和/或弯折外力，又向超带宽天线提供保持这种状态的维持力。

在一些实施例中，所述定型结构400，包括：至少一个与所述超带宽天线的弯折处平行设置的伸缩支架401；至少两个固定在所述平面柔性基体上、位于所述伸缩支架401两端、且与所述伸缩支架401垂直连接的固定支架402。伸缩支架401可以是利用液压、气压、卡持等方式实现的在一个方向上的长度的改变，例如套筒式伸缩结构。固定支架402具有一定的刚性程度，不易变形，其材质可为纯刚性材质，例如钢材，又或是可塑性材质，使固定支架402在一定条件下可实现弯曲变形，而在其它条件下则保持其刚性程度，例如热塑材料。

在一些实施例中，每个固定支架402由至少2个相同尺寸的小支架4021连接构成，每两个所述小支架4021相连位置作为固定支架402的弯折点4022；所述超带宽天线的弯折处位于所述固定支架402之间相对的两个弯折点4022的连接线上。即超带宽天线在两个固定支架402的弯折点4022之间形成的线段上进行弯折。在该实施例中，固定支架402的材质可选用刚性材料。

在一些实施例中，位于同一个所述固定支架402上所述小支架4021之间通过齿轮配合实现两者之间角度的改变(即弯折)。在该实施例中，可通过齿轮轴实现小支架4021的连接，例如将两个小支架4021中的一个小支架固定在齿轮轴上，其不随齿轮轴的转动而发生任何位置变化，另一个小支架则通过转动轴和齿轮组件配合固定在齿轮轴上，齿轮组件与齿轮轴之间齿轮配合，当齿轮组件与齿轮轴之间齿轮转动时，这个小支架则会以转动轴为圆心转动，实现两个小支架之间的角度的变化，进而实现弯折弯曲。

在一些实施例中，所述定型结构400，包括：一个或多个设置在所述超带宽天线的弯折处的卡持件403。优选地，卡持件403呈“V”字形结构，通过将卡持件303放置在超带宽天线的弯折处，实现对超带宽天线的弯折、弯曲程度的保持。本发明实施例中，包含卡持件403的定型结构400的结构简单，便于安装、拆卸。

在一些实施例中，所述定型结构400，包括：一个或多个设置在远离所述超带宽天线的弯折处的连接件，用以将所述超带宽天线由于弯折形成的两个面保持在一定的距离。该连接件可为刚性或柔性的线材。

本发明实施例中上述定型结构可任意组合使用。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种可重构的超带宽天线，其特征在于，包括：

平面柔性基体；

封装在所述平面柔性基体内部的液态金属，其在所述平面柔性基体内部呈一定的平面图形，作为超带宽天线的金属天线；

其中，所述液态金属所形成的平面图形中具有一个或多个电磁缝隙；

通过拉伸和/或弯折所述平面柔性基体中的所述金属天线，调节所述超带宽天线的信号频段。

2.根据权利要求1所述的超带宽天线，其特征在于，还包括：维持所述超带宽天线的拉伸和/或弯折状态的定型结构。

3.根据权利要求2所述的超带宽天线，其特征在于，所述定型结构，包括：

至少一个与所述超带宽天线的弯折处平行设置的伸缩支架；

至少两个固定在所述平面柔性基体上、位于所述伸缩支架两端、且与所述伸缩支架垂直连接的固定支架。

4.根据权利要求3所述的超带宽天线，其特征在于，所述固定支架为可塑支架。

5.根据权利要求3所述的超带宽天线，其特征在于，每个所述固定支架由至少2个相同尺寸的小支架连接构成，每两个所述小支架相连位置作为固定支架的弯折点；

所述超带宽天线的弯折处位于所述固定支架之间相对的两个弯折点的连接线上。

6.根据权利要求5所述的超带宽天线，其特征在于，位于同一个所述固定支架上所述小支架之间通过齿轮配合实现两者之间角度的改变。

7.根据权利要求2所述的超带宽天线，其特征在于，所述定型结构，包括：

一个或多个设置在所述超带宽天线的弯折处的卡持件。

8.根据权利要求2所述的超带宽天线，其特征在于，所述定型结构，包括：

一个或多个设置在远离所述超带宽天线的弯折处的连接件，用以将所述超带宽天线由于弯折形成的两个面保持在一定的距离。

9.根据权利要求1所述的超带宽天线，其特征在于，所述液态金属所形成的平面图形为对称结构，该对称结构中形成有一个或多个对称轴。

10.根据权利要求9所述的超带宽天线，其特征在于，所述超带宽天线的弯折处位于所述对称轴上。