CN112768907B - 一种磁机电耦合式小型化信号接收天线及制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁机电耦合式小型化信号接收天线及实现方法，包括磁致伸缩材料、压电材料、块状永磁铁、齿轮转盘、中心支架、底座、移动齿条。本发明接收天线基于磁机电耦合效应，当外界电磁波信号传递过来，抵达磁机电耦合式小型化信号接收天线时，磁致伸缩材料层感应到磁场变化，会在其材料层内部产生机械振动，这种振动频率以体声波的形式传播引起压电材料层发生机械振动，压电材料层两端根据压电效应产生变化的压电电压，通过电极输出，利用示波器与上位机对该压电电压进行检测与分析，通过调节不同接收角度提高对外界电磁波接收的灵敏度。本发明的天线接收角度可调节，解决了磁机电耦合式天线定向性接收的问题，具有小型化，便携化，灵敏度高等优点。

Description

一种磁机电耦合式小型化信号接收天线及制造方法
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信号接收天线及制造方法。
背景技术
“机械天线”研制项目指标中指出，天线稳态工作时的时变磁场强度为1～100fT@1km，而fT级的磁场强度信号非常微弱，需要高灵敏度磁传感器进行接收。在磁传感器技术领域中，主要有磁感应线圈、光泵磁力仪、超导量子干涉磁力仪等，其分辨率最高可达到pT级。但目前对磁感应线圈等效电特性参数的研究主要集中在高频频谱段，在甚低频领域没有做详细讨论。
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，可应用于地下，水下等通讯，此状态下高灵敏度接收端显得尤为重要。
所以在保证天线接收性能的前提下进一步提高接收天线高灵敏度、小型化成为一个挑战。
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信号接收天线，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信号接收天线，该磁机电耦合式小型化信号接收天线包括磁致伸缩材料层、压电材料层、块状永磁体、齿轮转盘、中心支架、底座和移动齿条；
所述的压电材料层用环氧胶粘接于磁致伸缩材料层之间，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底座的中心支架上，所述块状永磁体固定在齿轮转盘上表面；两块块状永磁体分别对称位于中心支架两侧，三者在同一条直线上，并且块状永磁体的中心与天线等高；
所述的底座侧边设有挡板，所述移动齿条安装在挡板上，所述齿轮转盘与移动齿条相啮合连接，且齿轮转盘上表面设有等角度分布的刻度线。
所述的磁致伸缩材料层的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.8mm，宽度10mm；压电材料层的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.5mm，宽度10mm。
所述的磁致伸缩材料层的材质为Metglass、Terfenol、Galfenol、FeCo、FeGaB、NiZn铁氧体或Ni-Co铁氧体；压电材料层2的材质为石英、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信号接收天线的制造方法，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；
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；
步骤3，利用粘接法，用环氧胶将两层磁致伸缩材料层分别粘接在压电材料层的两侧；
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中心支架上；
步骤6，将两块对称块状永磁体置于齿轮转盘上位于天线前后，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，本发明接收天线基于磁机电耦合效应，当外界电磁波信号传递过来，抵达磁机电耦合式小型化信号接收天线时，磁致伸缩材料层感应到磁场变化，会在其材料层内部产生机械振动，这种振动频率属于声波范围，因此会以体声波的形式传播引起压电材料层发生机械振动，压电材料层两端根据压电效应产生变化的压电电压，通过电极输出，利用示波器与上位机对该压电电压进行检测与分析，通过调节不同接收角度提高对外界电磁波接收的灵敏度，实现对外界电磁波的接收。
本发明的接收天线接收电磁波信号可达到甚低频范围，天线的体积还不受到波长理论的尺寸限制，本发明创新点是天线接收角度可调节，解决了磁机电耦合式天线定向性接收的问题，具有小型化，便携化，灵敏度高等优点。
附图说明
图1是本发明的磁机电耦合式小型化信号接收天线总体结构示意图；
图2是图1总体结构的左视示意图；
图3是磁机电耦合式小型化信号接收天线部分的爆炸图；
图中：1、磁致伸缩材料；2、压电材料层；3、块状永磁体；4、齿轮转盘；5、中心支架；6、底座；7、移动齿条。
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信号接收天线，该磁机电耦合式小型化信号接收天线包括磁致伸缩材料层1、压电材料层2、块状永磁体3、齿轮转盘4、中心支架5、底座6和移动齿条7；
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底座6的中心支架5上，所述块状永磁体3固定在齿轮转盘4上表面；两块块状永磁体3分别对称位于中心支架5两侧，三者在同一条直线上，并且块状永磁体3的中心与天线等高；
所述的底座6侧边设有挡板，所述移动齿条7安装在挡板上，所述齿轮转盘4与移动齿条7相啮合连接，且齿轮转盘4上表面设有等角度分布的刻度线。
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。
所述的磁致伸缩材料层1的材质为Metglass、Terfenol、Galfenol、FeCo、FeGaB、NiZn铁氧体或Ni-Co铁氧体；压电材料层2的材质为石英、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信号接收天线的实现方法，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中心支架5上；
步骤6，将两块对称块状永磁体3置于齿轮转盘4上位于天线前后，用于提供直流偏置磁场。
本发明接收天线利用磁机电耦合效应。当外界电磁波信号传递过来，抵达磁机电耦合式小型化信号接收天线时，磁致伸缩材料层1感应到磁场变化，会在其材料层内部产生机械振动，这种振动频率属于声波范围，因此会以体声波的形式传播引起压电材料层2发生机械振动，压电材料层2两端根据压电效应产生变化的压电电压，通过电极输出，利用示波器与上位机对该压电电压进行放大和检测，从而实现对外界电磁波的接收。
由于磁机电耦合式小型化信号接收天线存在定向性，在磁致伸缩与压电复合材料层机械振动方向上的接收能力最强，本发明通过移动齿条7左右移动，使齿轮转盘4可以圆周旋转, 来改变天线接收方向，进而调节不同接收角度，接收到最强电磁波信号，提高接收灵敏度。
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 (4)

1.一种磁机电耦合式小型化信号接收天线，其特征在于，该磁机电耦合式小型化信号接收天线包括磁致伸缩材料层（1）、压电材料层（2）、块状永磁体（3）、齿轮转盘（4）、中心支架（5）、底座（6）和移动齿条（7）；
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底座（6）的中心支架（5）上，所述块状永磁体（3）固定在齿轮转盘（4）上表面；两块块状永磁体（3）分别对称位于中心支架（5）两侧，三者在同一条直线上，并且块状永磁体（3）的中心与天线等高；
所述的底座（6）侧边设有挡板，所述移动齿条（7）安装在挡板上，所述齿轮转盘（4）与移动齿条（7）相啮合连接，且齿轮转盘（4）上表面设有等角度分布的刻度线。
2.根据权利要求1所述的磁机电耦合式小型化信号接收天线，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，宽度为10mm；压电材料层（2）的形状为薄片状，其长度为40mm，厚度为0.5mm，宽度为10mm。
3.根据权利要求1或2所述的磁机电耦合式小型化信号接收天线，其特征在于，所述的磁致伸缩材料层（1）的材质为Metglass、Terfenol、Galfenol、FeCo、FeGaB、NiZn铁氧体或Ni-Co铁氧体；压电材料层（2）的材质为石英、AlN、ZnO、LiNbO3、BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3或Pb(Zn,Nb)O3-PbTiO3。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的磁机电耦合式小型化信号接收天线的制造方法，其特征在于，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中心支架（5）上；
步骤6，将两块对称块状永磁体（3）置于齿轮转盘（4）上位于天线前后，用于提供直流偏置磁场。
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