CN112542674B - 一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，包括磁致伸缩材料、压电材料、块状永磁铁、反向丝杆、调节底座、滑块、中心支架和导杆；利用环氧胶将压电材料粘接于磁致伸缩材料之间，构成磁致伸缩材料层‑压电材料层‑磁致伸缩材料层三层结构的天线；一对块状永磁铁置于调节底座上分别位于天线前后两侧。本发明天线基于磁机电耦合效应，压电层在电极所施加的激励下发生压电效应产生振动，带动上下两层磁致伸缩层振动，在可调节偏置磁场条件下引起磁致伸缩层内部磁化强度的变化，并在周围自由空间中激发出电磁波，从而实现满足不同需求信号的发射。本发明的天线辐射信号可达到甚低频范围，具有小型化，便携化，共振频率可调节的优点。

Description

一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线
技术领域
本发明属于甚低频通信技术领域，尤其涉及一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线。
背景技术
机械天线是一种低频电磁发信新技术，与传统天线不同，机械天线不依靠电子电路振荡电流来产生辐射，而是通过机械能驱动电荷或磁偶极子的运动，进而转化为电磁能，来产生辐射场。这一技术可使得传统天线难以利用的近场能量在天线辐射中发挥作用，无需庞大的阻抗匹配网络，穿透性提高，在地下通信、水下通信中有着显著的优势。
在甚低频ULF:300Hz-3kHz的波段中，电磁波主要具有抗干扰能力强、穿透性好等诸多技术优势，但由于其信号波长较长，为实现有效电磁辐射，导致现有甚低频发射系统体积庞大，且为电小天线，辐射效率有限。所以在保证天线性能的前提下进一步实现天线的小型化是未来一个公开挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，其特征在于，该磁机电耦合式小型化甚低频机械天线包括磁致伸缩材料层1、压电材料层2、块状永磁铁3、反向丝杆4、调节底座5、滑块6、中心支架7和导杆8；
所述的压电材料层2用环氧胶粘接于磁致伸缩材料层1之间，构成磁致伸缩材料层-压电材料层-磁致伸缩材料层三层结构的天线；
所述的天线用环氧胶粘接于调节底座5的中心支架7上，调节底座5上设有两个对称的滑槽，所述滑槽的内部滑动设置有滑块6，所述滑块6上端置于块状永磁体3，块状永磁体3的中心与天线等高；一对块状永磁铁3置于滑块6上分别位于天线前后两侧。
所述的磁致伸缩材料层1的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.8mm，宽度10mm；压电材料层2的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.5mm，宽度10mm。
所述的滑块6的侧面下端中心设有螺纹孔，所述螺纹孔与反向丝杆4螺纹连接，所述反向丝杆4的左侧和右侧设有反向相反的螺纹；所述滑块6的侧面下端两侧设有两个对称孔，孔内部穿插有导杆8，所述导杆8的两端均与调节底座5的内侧面固定连接，且导杆8的侧面设有等距分布的刻度线。
所述的磁致伸缩材料层1为Metglass、Terfenol、Galfenol、FeCo、FeGaB、NiZn铁氧体或Ni-Co铁氧体；压电材料层2为石英、AlN、ZnO、LiNbO3、BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3或Pb(Zn,Nb)O3-PbTiO3。
一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线实现方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，提供磁致伸缩材料薄片，从磁致伸缩材料薄片上切割下所需尺寸的两层磁致伸缩材料层1；
步骤2，提供压电材料晶体，从压电材料晶体上切割下所需尺寸的一层压电材料层2；
步骤3，利用粘接法，用环氧胶将两层磁致伸缩材料层1分别粘接在压电材料层2的两侧；
步骤4，将上述粘接完成的磁致伸缩材料层-压电材料层-磁致伸缩材料层三层结构的天线置于真空袋中，室温下固化12小时；
步骤5，天线底端用环氧胶粘接在调节底座5上；
步骤6，将一对块状永磁体3置于两滑块6上端，用于提供直流偏置磁场。
本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明的天线基于磁机电耦合效应，天线中间的压电层在电极所施加的激励下发生压电效应产生振动，带动上下两层磁致伸缩层振动，在偏置磁场条件下引起磁致伸缩层内部磁化强度的变化，并在周围自由空间中激发出电磁波，从而产生磁场辐射，本发明的天线辐射信号可达到甚低频范围，天线的体积还不受到电学天线波长理论的尺寸限制，本发明创新点是偏置磁场的磁场强度可调，进一步使共振频率得到调节，具有小型化，便携化等优点，在保证天线性能的前提下进一步实现了天线的小型化。
附图说明
图1是本发明的磁机电耦合式机械天线总体结构示意图；
图2是图1总体结构的仰视示意图；
图3是磁机电耦合式机械天线部分的爆炸图；
图中：1磁致伸缩材料层；2压电材料层；3块状永磁体；4反向丝杆；5调节底座；6滑块；7中心支架；8导杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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。
一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，请参阅图1～2，包括磁致伸缩材料层1、压电材料层2、块状永磁铁3、反向丝杆4、调节底座5、滑块6、中心支架7和导杆8；压电材料层2设置于磁致伸缩材料层1之间，构成磁致伸缩材料层-压电材料层-磁致伸缩材料层三层结构的天线；一对块状永磁铁3置于滑块6上分别位于天线前后两侧。
磁致伸缩材料层1为Metglass、Terfenol、Galfenol、FeCo、FeGaB、NiZn铁氧体或Ni-Co铁氧体中的任意一种；压电材料层2为石英、AlN、ZnO、LiNbO3、BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3或Pb(Zn,Nb)O3-PbTiO3中的任意一种。
磁致伸缩材料层1的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.8mm，宽度10mm；压电材料层2的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.5mm，宽度10mm。
天线固定于调节底座5的中心支架7上，调节底座5上设有两个对称的滑槽，所述滑槽的内部滑动设置有滑块6，所述滑块6上端置于块状永磁体3，永磁体3的中心与天线等高。
滑块6的侧面下端中心设有螺纹孔，所述螺纹孔与反向丝杆4螺纹连接，所述反向丝杆4的侧面左端和侧面右端设有反向相反的螺纹。
滑块6的侧面下端两侧设有两个对称孔，孔内部穿插有导杆8，所述导杆8的两端均与底座的内侧面固定连接，且导杆的侧面设有等距分布的刻度线。
一种基于磁机电耦合谐振的机械天线的实现方法，包括以下步骤：
步骤1，提供磁致伸缩材料薄片，从磁致伸缩材料薄片上切割下所需尺寸的两层磁致伸缩材料层1；
步骤2，提供压电材料晶体，从压电材料晶体上切割下所需尺寸的一层压电材料层2；
步骤3，用环氧胶将两层磁致伸缩材料层1分别粘接在压电层2的两侧；
步骤4，将上述粘接完成的磁致伸缩材料层-压电材料层-磁致伸缩材料层三层结构的天线置于真空袋中，室温下固化12小时；
步骤5，天线底端用环氧胶粘接在调节底座5上；
步骤6，将一对块状永磁体3置于两滑块6上端，用于提供直流偏置磁场。
本发明天线利用磁机电耦合效应。信号发生器通过功率放大器经电极对天线中间的压电材料层2施加激励，在电压激励下压电材料层2发生压电效应产生振动，带动上下两层磁致伸缩材料层1发生振动，通过块状永磁体3提供直流偏置磁场，在此条件下引起磁致伸缩材料层1内部磁化强度不同的改变，在周围空间环境中激发出电磁波，本发明通过带动反向丝杆4转动，使两个滑块6可以反向移动,来改变块状永磁体3与天线的间距，进而调节不同的偏置磁场强度，得到不同的共振频率，从而实现满足不同需求信号的发射。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，其特征在于，该磁机电耦合式小型化甚低频机械天线包括磁致伸缩材料层（1）、压电材料层（2）、块状永磁体（3）、反向丝杆（4）、调节底座（5）、滑块（6）、中心支架（7）和导杆（8）；
所述的压电材料层（2）用环氧胶粘接于磁致伸缩材料层（1）之间，构成磁致伸缩材料层-压电材料层-磁致伸缩材料层三层结构的天线；
所述的天线用环氧胶粘接于调节底座（5）的中心支架（7）上，调节底座（5）上设有两个对称的滑槽，所述滑槽的内部滑动设置有滑块（6），所述滑块（6）上端置于块状永磁体（3），块状永磁体（3）的中心与天线等高；一对块状永磁体（3）置于滑块（6）上分别位于天线前后两侧；
所述的滑块（6）的侧面下端中心设有螺纹孔，所述螺纹孔与反向丝杆（4）螺纹连接，所述反向丝杆（4）的左侧和右侧设有反向相反的螺纹；所述滑块（6）的侧面下端两侧设有两个对称孔，孔内部穿插有导杆（8），所述导杆（8）的两端均与调节底座（5）的内侧面固定连接，且导杆（8）的侧面设有等距分布的刻度线；
所述天线的实现方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，提供磁致伸缩材料薄片，从磁致伸缩材料薄片上切割下所需尺寸的两层磁致伸缩材料层（1）；
步骤2，提供压电材料晶体，从压电材料晶体上切割下所需尺寸的一层压电材料层（2）；
步骤3，利用粘接法，用环氧胶将两层磁致伸缩材料层（1）分别粘接在压电材料层（2）的两侧；
步骤4，将上述粘接完成的磁致伸缩材料层-压电材料层-磁致伸缩材料层三层结构的天线置于真空袋中，室温下固化12小时；
步骤5，天线底端用环氧胶粘接在调节底座（5）上；
步骤6，将一对块状永磁体（3）置于两滑块（6）上端，用于提供直流偏置磁场。
2.根据权利要求1所述的磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，其特征在于，所述的磁致伸缩材料层（1）的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.8mm，宽度10mm；压电材料层（2）的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.5mm，宽度10mm。
3.根据权利要求1所述的磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，其特征在于，
所述的磁致伸缩材料层（1）为Metglass、Terfenol、Galfenol、FeCo、FeGaB、NiZn铁氧体或Ni-Co铁氧体；压电材料层（2）为石英、AlN、ZnO、LiNbO3、BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3或Pb(Zn,Nb)O3-PbTiO3。
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