CN116315618B - 一种微型化多波束低频/5g/6g连续频率可调天线 - Google Patents

一种微型化多波束低频/5g/6g连续频率可调天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，包括：正电极、负电极、压电材料薄膜和电磁波辐射生成结构；所述正电极与直流电源的正极连接，所述负电极与直流电源的负极连接，所述正电极与所述负电极平行放置且上下位置对齐；所述正电极与所述负电极分别与所述压电材料薄膜的两侧表面分别贴合连接，且位于压电材料薄膜的四周；所述电磁波辐射生成结构附着在所述压电材料薄膜的一侧表面上。本发明实现电压馈电的多波束连续频率可调，且天线结构简单体积和尺寸小，便于安装在移动通信终端、人体还可以轻巧的搭载在无人装备上。

Description

一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线。
背景技术
随着压电技术的发展和声表面技术的发展，声激励的方式广泛应用在天线设计和滤波器的设计，使得天线的小型化取得了重要的进展。但是传统的天线的设计频率和波束形式比较单一，往往仅能实现单一频点或者频段的工作，且辐射方向图比较单一，不能实现多波束辐射，导致在实际的应用中往往需要采用阵列的形式或者波束赋形技术，以满足多波束或者是波束扫描的方式。此外，传统的多波束天线多采用多端口馈电或者网络馈电的形成构成天线阵列，通过波束赋形或者是超表面的方式形成多波束。在实际的应用中，特别是对于移动终端设备，采用波束赋形的形式不仅天线系统的结构复杂，而且会增加系统的成本。同时在终端是使用的时候，由于来波方向的不确定，特别是房屋的遮挡等，传统的单波束或者是全向的辐射方向，要么增益和效率比较低，或者是方向指向性受到建筑物的遮挡，造成通信效果差。另一方面，目前采用的天线不能满足不同频率的切换，特别是针对5G和6G通信，不能随着周围环境的变化而变化，导致很多情况下移动终端设备无法通信或者是通信效果差。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，实现电压馈电的多波束连续频率可调天线设计，且天线结构简单体积和尺寸小，便于安装在移动通信终端、人体还可以轻巧的搭载在无人装备上，满足低频和4G、5G及6G通信需求，还可以用在认知无线电系统、跳频和猝发通信系统中。
为实现上述目的，本发明提供了一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，包括：正电极、负电极、压电材料薄膜和电磁波辐射生成结构；
所述正电极与直流电源的正极连接，所述负电极与直流电源的负极连接，所述正电极与所述负电极平行放置且上下位置对齐；
所述正电极与所述负电极分别与所述压电材料薄膜的两侧表面贴合连接；
所述电磁波辐射生成结构附着在所述压电材料薄膜的一侧表面上，且位于所述压电材料薄膜的四周。
可选的，所述正电极和所述负电极均采用环形结构。
可选的，所述电磁波辐射生成结构包括第一磁致伸缩组件和第二磁致伸缩组件，所述第一磁致伸缩组件以所述第二磁致伸缩组件为中心，分布在所述第二磁致伸缩组件的周围。
可选的，所述第一磁致伸缩组件和所述第二磁致伸缩组件的受力方向不一致。
可选的，所述第一磁致伸缩组件和所述第二磁致伸缩组件均设置在所述压电材料薄膜的上表面，且所述第一磁致伸缩组件和所述第二磁致伸缩组件设置在所述正电极的内部。
可选的，所述第一磁致伸缩组件和所述第二磁致伸缩组件间隔预置距离的缝隙。
可选的，所述第一磁致伸缩组件采用扇形结构，所述第二磁致伸缩组件采用圆形结构。
可选的，所述天线还包括：所述第一磁致伸缩组件和所述第二磁致伸缩组件均设置在所述压电材料薄膜的上下两个表面。
本发明技术效果：本发明公开了一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，圆环负电极和圆环正电极构成电压差，并施加在正负电极两端，通过电压差的变化控制压电材料薄膜的颤振频率和幅度，通过压电材料薄膜的形变，引起四个扇形磁致伸缩材料和圆形磁致伸缩材料向不同的方向辐射电磁波，以产生不同的波束。本发明的四个扇形磁致伸缩材料和1个圆形磁致伸缩材料独立工作，在压电材料薄膜形变的作用下，产生多个不同的波束，且方向不一致，构成多波束辐射。为了增加波束的数量，可以增加扇形磁致伸缩材料的数量，或者将圆形磁致伸缩材料进行划分，以获得更多的波束，即将第二磁致伸缩组件的圆形磁致伸缩材料进行划分。此外，还可以在压电材料薄膜的下表面对应设计四个扇形磁致伸缩材料和1个圆形磁致伸缩材料，且与上表面一一对应，达到效率提升和增益增强的目的。通过调整圆环负电极和圆环正电极构成电压差的变化，使所述天线可以覆盖低频、5G和6G的工作频带。一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线具有多波束、频率连续可调和微型化的特点，可以安装在无人装备、移动终端、人体等，实现万物互联。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线的正视图；
图2为本发明实施例微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线的俯视图；
图3为本发明实施例微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线的底视图；
图4为本发明实施例微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线的可选方案底视图；其中，1为扇形磁致伸缩材料，2为扇形磁致伸缩材料，3为扇形磁致伸缩材料，4为扇形磁致伸缩材料，5为圆形磁致伸缩材料，6为圆环形正电极，7为压电材料薄膜，8为圆环形负电极，9为可选方案中的扇形磁致伸缩材料，10为可选方案中的扇形磁致伸缩材料，11为可选方案中的扇形磁致伸缩材料，12为可选方案中的扇形磁致伸缩材料，13为可选方案中的圆形磁致伸缩材料。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
如图1-4所示，本实施例中提供一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，包括：正电极、负电极、压电材料薄膜和电磁波辐射生成结构；所述正电极与直流电源的正极连接，所述负电极与直流电源的负极连接，所述正电极与所述负电极平行放置在压电材料薄膜的上下表面，且上下位置对齐；所述正电极与所述负电极分别与所述压电材料薄膜的两侧表面贴合连接，且位于压电材料薄膜的四周；所述电磁波辐射生成结构附着在所述压电材料薄膜的一侧表面上。正电极和负电极均采用环形结构，且位于压电材料薄膜的四周。电磁波辐射生成结构包括第一磁致伸缩组件和第二磁致伸缩组件，第一磁致伸缩组件以第二磁致伸缩组件为中心，分布在第二磁致伸缩组件的周围。第一磁致伸缩组件和第二磁致伸缩组件的受力方向不一致，以产生不同的波束和波束方向。第一磁致伸缩组件和第二磁致伸缩组件均设置在压电材料薄膜的上表面，且第一磁致伸缩组件和第二磁致伸缩组件设置在正电极的内部。第一磁致伸缩组件和第二磁致伸缩组件间隔预置距离缝隙。第一磁致伸缩组件采用扇形结构，第二磁致伸缩组件采用圆形结构。天线还包括：第一磁致伸缩组件和第二磁致伸缩组件设置在压电材料薄膜的下表面。
一个圆环形负电极8、一个圆环形正电极6、一个压电材料薄膜7、四个扇形磁致伸缩材料1、2、3和4、一个圆形磁致伸缩材料5；一个圆环形负电极和一个圆环形正电极分别与直流电源的负极和正极连接，产生电压差以驱动压电材料薄膜产生张力，驱使四个扇形磁致伸缩材料和一个圆形磁致伸缩材料向不同的方向伸张，产生电磁波辐射，产生不同方向的波束，由于四个扇形磁致伸缩材料和一个圆形磁致伸缩材料受力方向不一致，导致产生辐射的波束指向不同，从而产生多波束辐射，实现多波束天线设计。
本发明提供一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线的圆环负电极和圆环正电极构成电压差，并施加在正负电极两端，通过电压差的变化控制压电材料薄膜的颤振频率和幅度，通过压电材料薄膜的形变，引起四个扇形磁致伸缩材料和圆形磁致伸缩材料向不同的方向辐射电磁波，以产生不同方向波束，实现多波束天线设计。圆环形负电极位于压电材料薄膜的下表面，圆环形正电极位于压电材料薄膜的上表面，且圆环形负电极与圆环形正电极的位置上下对齐。扇形磁致伸缩材料和圆形磁致伸缩材料为与压电材料薄膜的上表面，且位于圆环形正电极的内部。圆形磁致伸缩材料位于压电材料薄膜的上表面，且位于压电材料薄膜的中心，四个扇形磁致伸缩材料均匀分布在圆形磁致伸缩材料的周围，并与圆形磁致伸缩材料间隔一定的缝隙。四个扇形磁致伸缩材料和圆形磁致伸缩材料受压电材料薄膜振动的影响，谐振频率相同，产生波束的谐振方向不同，产生不同的波束，实现多波束天线设计。天线的谐振频率由圆环形正电极和圆环形负电极产生的电压差控制，以覆盖低频、5G和6G的工作频带。四个扇形磁致伸缩材料和一个圆形磁致伸缩材料同时设置在压电材料薄膜的下表面对应安装，以实现增益和效率的提升。
本发明不仅满足工作频率在低频、2G、3G、4G、5G和未来的6G工作频段的连续可调，自适应根据周围环境的变化，调整自身的工作模式，使天线覆盖所需的工作频段，同时根据空间电磁环境的变化，实现多波束工作方式，以满足不同来波的接收，达到信号增强的目的。
天线具有微小的尺寸和很轻的重量，便于安装在无人装备、移动终端、人体等，为医疗、移动通信提供一种方案。
作为可选的方案，包括可选方案中的扇形磁致伸缩材料9，可选方案中的扇形磁致伸缩材料10，可选方案中的扇形磁致伸缩材料11，可选方案中的扇形磁致伸缩材料12，可选方案中的圆形磁致伸缩材料13；可以在图1、2和3的基础上，在压电材料薄膜的下表面对应设计四个扇形磁致伸缩材料和1个圆形磁致伸缩材料，且与上表面一一对应，达到效率提升和增益增强的目的，其底部示意图如图4所示。
本发明实现连续频率可调天线，四个扇形磁致伸缩材料和1个圆形磁致伸缩材料独立工作，在压电材料薄膜形变的作用下，产生多个不同的波束，且方向不一致，构成多波束辐射。为了增加波束的数量，可以增加扇形磁致伸缩材料的数量，或者将圆形磁致伸缩材料进行划分，以获得更多的波束。调整圆环负电极和圆环正电极构成电压差的变化，使天线可以覆盖低频、5G和6G的工作频带。且具有多波束、频率连续可调和微型化的特点，可以安装在无人装备、移动终端、人体等，实现万物互联。
以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，其特征在于，包括：一个圆环形负电极、一个圆环形正电极、一个压电材料薄膜、四个扇形磁致伸缩材料、一个圆形磁致伸缩材料；
所述圆环形负电极和所述圆环形正电极分别与直流电源的负极和正极连接，产生电压差以驱动所述压电材料薄膜产生张力，驱使所述四个扇形磁致伸缩材料和所述圆形磁致伸缩材料向不同的方向伸张，产生电磁波辐射，由于所述四个扇形磁致伸缩材料和所述圆形磁致伸缩材料受力方向不一致，导致产生辐射的波束指向不同，产生多波束辐射，实现多波束天线设计；
所述圆环形负电极位于所述压电材料薄膜的下表面，所述圆环形正电极位于所述压电材料薄膜的上表面，且所述圆环形负电极与所述圆环形正电极的位置上下对齐；
所述圆环形正电极与所述圆环形负电极分别与所述压电材料薄膜的两侧表面分别贴合连接，且位于所述压电材料薄膜的四周；
所述圆形磁致伸缩材料位于所述压电材料薄膜的上表面，且位于所述压电材料薄膜的中心，所述四个扇形磁致伸缩材料均匀分布在所述圆形磁致伸缩材料的周围。
2.如权利要求1所述的微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，其特征在于，所述四个扇形磁致伸缩材料和所述圆形磁致伸缩材料设置在所述压电材料薄膜的上表面，且位于所述圆环形正电极的内部。
3.如权利要求1所述的微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，其特征在于，所述四个扇形磁致伸缩材料和所述圆形磁致伸缩材料间隔预置距离的缝隙。
4.如权利要求1所述的微型化多波束低频/5G/6G连续频率可调天线，其特征在于，所述天线还包括：在所述压电材料薄膜的上下两个表面均设置有所述四个扇形磁致伸缩材料和所述圆形磁致伸缩材料。
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