CN117954865B - 一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线 - Google Patents

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Abstract

本发明属于可重构天线技术领域,尤其涉及一种基于液态金属的线圆极化可重构天线,包括:液态金属容器、液态金属通道、切角金属贴片、线极化同轴馈电探针和圆极化L形同轴馈电探针,液态金属容器底部与顶层介质和切角金属贴片直接相连,液态金属通道位于液态金属容器内部,并通过液态金属容器、顶层介质、切角金属贴片和注射阀门呈封闭状态。本发明一种基于液态金属的线圆极化可重构天线,通过对不同区域注射/排空液态金属在同一口径内实现了同一频段下垂直极化、水平极化、左旋圆极化和右旋圆极化的四种极化方式的可重构,提升了多幅天线功能的集成,且液态金属的温度适用范围远超其他液体天线,适用于高纬度地区或荒漠等地区的探测与通讯。

Description

一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线
技术领域
本发明属于可重构天线技术领域,尤其涉及一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线。
背景技术
为了实现在任何时间、任何地点不间断通信的愿景,低轨卫星巨型星座的概念被提出,国内外研究机构和运营商等都针对低轨卫星通讯系统如火如荼地开展了相关技术研究。更小的装备平台,更多的功能需求,则通常需要在设备上有限空间内同时搭载多幅不同功能的天线,如不同极化形式等。然而多个天线工作在同一平台,必然会出现各个天线之间干扰变大这一问题,可重构天线由于其特性及形式的可控性为解决该问题提供了一种可靠的思路。可重构天线是指该天线能够根据系统的要求来调整其自身的工作性能,进而实现不同的工作状态。
随着材料界的不断创新进步,一种熔点可低至零下28摄氏度的液态金属——镓铟锡合金被研制出来,凭借其流动性及低熔点的特性可满足天线的绝大多数应用场景,成为了一种构造可重构天线的待选之材。
对于传统的可重构天线,基于液态金属的可重构天线具备明显的优势,首先液态金属的流动性为其带来了自我修复的能力;其次液态金属处于非工作状态时可以抽空液态金属从而降低雷达散射截面;最后液态金属具备的低熔点特性能满足荒漠、极地等大温差高纬度地区的通信与探测。然而现有液态金属可重构天线通常只利用到其流动性以实现连续可协调的频率可重构,又或是通过重构馈线的手段以实现双圆极化的可切换,无法做到线极化和圆极化的多极化可重构。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线,通过选择对应区域注射或者排尽液态金属实现方形贴片天线与矩形切角贴片天线之间的转换,以达到天线线极化/圆极化可重构的特性,主要解决现有液体可重构天线适用场景有限,无法做到线圆极化同时可重构的难题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线,包括:液态金属容器、液态金属通道、切角金属贴片、线极化同轴馈电探针和圆极化L形同轴馈电探针,所述液态金属容器上表面设有多个注射阀门,所述液态金属容器底部与顶层介质和切角金属贴片直接相连,液态金属通道位于液态金属容器内部,并通过液态金属容器、顶层介质、切角金属贴片和注射阀门呈封闭状态。
可选地,所述液态金属通道由第一通道、第二通道、第三通道和第四通道组成;
其中,当四个通道全部注满液态金属时,液态金属与切角金属贴片构成方形贴片,天线可工作在垂直极化或水平极化的辐射模式;
当第一通道和第四通道注满液态金属,液态金属与切角金属贴片构成圆极化切角贴片,第二通道和第三通道注满特氟龙溶液时,天线工作在右旋圆极化的辐射模式;
当第一通道和第四通道注满特氟龙溶液,第二通道和第三通道注满液态金属时,液态金属与切角金属贴片构成圆极化切角贴片,天线工作在左旋圆极化的辐射模式。
可选地,所述线极化同轴馈电探针为一种从顶层金属至底层金属的金属化通孔,所述线极化同轴馈电探针包括垂直极化同轴馈电探针和水平极化同轴馈电探针,当天线工作在线极化辐射模式时,对垂直极化同轴馈电探针馈电可实现垂直极化辐射,对水平极化同轴馈电探针可实现水平极化辐射。
可选地,L形同轴馈电探针由位于半固化片层中的矩形金属块和贯穿底层介质与底层金属的金属化通孔构成,L形同轴馈电探针为天线的左旋圆极化辐射模式和右旋圆极化辐射模式馈电。
本发明的有益效果是:
本发明一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线,通过对不同区域注射/排空液态金属在同一口径内实现了同一频段下垂直极化、水平极化、左旋圆极化和右旋圆极化的四种极化方式的可重构,提升了多幅天线功能的集成,且液态金属的温度适用范围远超其他液体天线,适用于高纬度地区或荒漠等地区的探测与通讯。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于液态金属的线/圆极化可重构天线的结构爆炸示图;
图2为基于液态金属的线/圆极化可重构天线的结构示意图;
图3为基于液态金属的线/圆极化可重构天线的剖视图;
图4为基于液态金属的线/圆极化可重构天线的液态金属通道结构示意图;
图5为基于液态金属的线/圆极化可重构天线的切角金属贴片结构示意图;
图6为基于液态金属的线/圆极化可重构天线的底层金属结构示意图;
图7为基于液态金属的线/圆极化可重构天线中切角贴片天线实现圆极化辐射模式的原理。
附图标号:
1-液态金属容器;2-液态金属通道;21-第一通道;22-第二通道;23-第三通道;24-第四通道;3-切角金属贴片;4-顶层介质;5-半固化片层;6-底层介质;7-底层金属;8-线极化同轴馈电探针;81-垂直极化同轴馈电探针;82-水平极化同轴馈电探针;9-L形同轴馈电探针;91-矩形金属块;92-馈电端口。
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。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”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。
实施例:如图1-图6所示,本实施例提供了一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线,包括:液态金属容器1、液态金属通道2、切角金属贴片3、线极化同轴馈电探针8和圆极化的L形同轴馈电探针9,切角金属贴片3设于顶层介质4上表面,所述液态金属容器1上表面设有多个注射阀门,通过注射器或挤压的方式可向液态金属通道2中的多个通道分支注入/排出液态金属或特氟龙溶液,所述液态金属容器1底部与顶层介质4和切角金属贴片3直接相连,液态金属通道2位于液态金属容器1内部,并通过液态金属容器1顶层介质4、切角金属贴片3和注射阀门呈封闭状态。
其中所述液态金属容器1的材料为高分子材料PDMS。
如图1和图3所示,当天线工作在线极化辐射模式时,对垂直极化同轴馈电探针81馈电可实现垂直极化辐射,对水平极化同轴馈电探针82馈电可实现水平极化辐射。L形同轴馈电探针9由位于半固化片层5中的矩形金属块91和贯穿底层介质6与底层金属7的金属化通孔构成,在图6中标记为馈电端口92,L形同轴馈电探针9为天线的左旋圆极化辐射模式和右旋圆极化辐射模式馈电。
如图4所示,本实施例中,所述液态金属通道2由第一通道21、第二通道22、第三通道23和第四通道24组成;
其中,当四个通道全部注满液态金属时,液态金属与切角金属贴片3构成方形贴片,天线可工作在垂直极化或水平极化的辐射模式;
当第一通道21和第四通道24注满液态金属,液态金属与切角金属贴片3构成圆极化切角贴片,第二通道22和第三通道23注满特氟龙溶液时,天线工作在右旋圆极化的辐射模式;
当第一通道21和第四通道24注满特氟龙溶液,第二通道22和第三通道23注满液态金属时,液态金属与切角金属贴片构成圆极化切角贴片,天线工作在左旋圆极化的辐射模式。
如图3和图6所示,所述线极化同轴馈电探针8为一种从顶层金属(切角金属贴片3)至底层金属的金属化通孔,所述线极化同轴馈电探针8包括垂直极化同轴馈电探针81和水平极化同轴馈电探针82,当天线工作在线极化辐射模式时,对垂直极化同轴馈电探针81馈电可实现垂直极化辐射,对水平极化同轴馈电探针82可实现水平极化辐射。
图7为基于液态金属的线/圆极化可重构天线中切角贴片天线实现圆极化辐射模式的原理。单馈切角圆极化贴片天线实现圆极化的原理是基于腔模理论,形状规则的单片微带天线可由一个馈电点产生两个正交极化且幅度相等的简并模(TM01和TM10),但不能形成90°的相位差,根据腔模理论,通过在贴片的对角线上切角引入微扰△S,可构造两个模式间的相位差,微扰使得两个简并模的谐振频率(f1和f2)发生偏移,对于适当的微扰△S,在天线的中心频率处会出现一个模式的等效相位差超前45°,一个模式的等效相位差滞后45°,如此一来,天线即可在中心频点处实现圆极化辐射,且此时天线的轴比最小,即激励两个辐射正交极化的简并模(TM01和TM10)并通过切角引入微扰使两者的谐振频率发生偏移,当对于天线工作的中心频率而言,一个模式的等效相位为+45度,另一个模式为-45度,同时两个模式的辐射相等,即可实现圆极化辐射模式。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明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发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线,其特征在于,包括:液态金属容器(1)、液态金属通道(2)、切角金属贴片(3)、线极化同轴馈电探针(8)和圆极化L形同轴馈电探针(9),所述液态金属容器(1)上表面设有多个注射阀门,通过注射器或挤压的方式可向液态金属通道(2)中的多个通道分支注入/排出液态金属或特氟龙溶液,所述液态金属容器(1)底部与顶层介质(4)和切角金属贴片(3)直接相连,液态金属通道(2)位于液态金属容器(1)内部,并通过液态金属容器(1)、顶层介质(4)、切角金属贴片(3)和注射阀门呈封闭状态,当四个通道全部注满液态金属时,液态金属与切角金属贴片(3)构成方形贴片,天线可工作在垂直极化或水平极化的辐射模式;
当第一通道(21)和第四通道(24)注满液态金属,液态金属与切角金属贴片(3)构成圆极化切角贴片,第二通道(22)和第三通道(23)注满特氟龙溶液时,天线工作在右旋圆极化的辐射模式;
当第一通道(21)和第四通道(24)注满特氟龙溶液,第二通道(22)和第三通道(23)注满液态金属时,液态金属与切角金属贴片构成圆极化切角贴片,天线工作在左旋圆极化的辐射模式。
2.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线,其特征在于,所述线极化同轴馈电探针(8)为一种从顶层金属至底层金属(7)的金属化通孔,所述线极化同轴馈电探针(8)包括垂直极化同轴馈电探针(81)和水平极化同轴馈电探针(82),当天线工作在线极化辐射模式时,对垂直极化同轴馈电探针(81)馈电可实现垂直极化辐射,对水平极化同轴馈电探针(82)馈电可实现水平极化辐射。
3.根据权利要求1所述的一种基于液态金属的线/圆极化可重构天线,其特征在于,L形同轴馈电探针(9)由位于半固化片层(5)中的矩形金属块(91)和贯穿底层介质(6)与底层金属(7)的金属化通孔构成,L形同轴馈电探针(9)为天线的左旋圆极化辐射模式和右旋圆极化辐射模式馈电。
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