[發明專利]一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線及制備方法

有效

• 申請號: 202010247194.0
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111416211B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 劉明;胡忠強;吳金根;周子堯;王志廣;賈超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01Q7/00
• 分類號: H01Q7/00;H01Q1/12;H01Q1/22;H01L41/083;H01L41/12;H01L41/25;H01L41/257;H01L41/27;H01L41/29;H01L41/31;H01L41/47
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

1.一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線，其特征在于，包括應力傳導介質(6)、壓電堆(1)、磁致伸縮材料(2)和線圈(4)；兩個應力傳導介質(6)之間平行設置壓電堆(1)和磁致伸縮材料(2)；線圈(4)螺旋纏繞在磁致伸縮材料(2)上；

壓電堆(1)包括壓電材料(7)和叉指電極(3)；若干層壓電材料(7)縱向疊加排布，每相鄰兩層壓電材料(7)的極化方向相反，且每相鄰兩層壓電材料(7)之間設置有一層叉指電極(3)；

壓電堆(1)和磁致伸縮材料(2)的兩端均設置有半球形端帽(10)，半球形端帽(10)對應處的應力傳導介質(6)上設置有錐形槽端帽(11)，半球形端帽(10)嵌套在錐形槽端帽(11)內；

壓電堆(1)和磁致伸縮材料(2)之間平行設置有鉸鏈(5)，鉸鏈(5)的兩端分別鉸接在兩個應力傳導介質(6)上；

半球形端帽(10)的尺寸滿足其切面能夠完整覆蓋壓電堆(1)和磁致伸縮材料(2)的上下表面；錐形槽端帽(11)的底面半徑和厚度與半球形端帽(10)的半徑相同；鉸鏈(5)在連接應力傳導介質(6)后能將壓電堆(1)和磁致伸縮材料(2)卡在兩端；

該天線利用逆磁電效應工作：通過叉指電極向壓電施加電壓信號時，壓電堆感應到電場的變化并在其內部產生機械振動，該振動利用應力傳導介質構成的杠桿結構壓縮和磁致伸縮材料，以體聲波的形式將振動傳遞過去，在偏置磁場條件下引起磁致伸縮材料內部磁化強度的變化，并在周圍自由空間中激發出電磁波，實現了信號的發射功能。

2.根據權利要求1所述的一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線，其特征在于，若干層壓電材料(7)外部側面涂覆環氧樹脂(8)。

3.根據權利要求1所述的一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線，其特征在于，壓電堆(1)為多層結構，材料為AlN、石英、LiNbO₃、BaTiO₃、ZnO、Pb(Zr,Ti)O₃、Pb(Mg,Nb)O₃-PbTiO₃、Pb(Zn,Nb)O₃-PbTiO₃或BiScO₃-PbTiO₃中的一種；

磁致伸縮材料(2)為Metglass、Tb-Dy-Fe、FeCo、FeCoB、FeGaB、NiZn鐵氧體、Ni-Co鐵氧體或SmFe中的一種。

4.根據權利要求1所述的一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線，其特征在于，叉指電極(3)材料采用Au、Ag、Al、Cu或Pt，形狀為薄片狀，橫截面與壓電堆(1)的橫截面相同；線圈(4)為塑料外殼的絕緣線；應力傳導介質(6)、錐形槽端帽(11)的材料為彈性模量大于60GPa的抗磁性金屬、合金或者工程塑料；半球形端帽(10)為氧化鋁、氧化鋯、碳化硅中的一種。

5.根據權利要求1所述的一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線，其特征在于，壓電堆(1)為多層結構，橫截面為直徑1-10mm的圓形，或長度為1-20mm，寬度為1-20mm的長方形，每層壓電材料(7)的厚度為0.01-2mm；磁致伸縮材料(2)為直徑為1-10mm的圓柱體，或者橫截面積小于200mm²的長方體、正方體。

6.一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線的制備方法，其特征在于，基于權利要求1至5任意一項所述的一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線，包括以下步驟：

步驟1，提供多片壓電材料，將壓電材料切割成需要的尺寸，并用超純水超聲清洗干凈；

步驟2，將每片壓電材料(7)的上下表面通過電鍍、銀漿退火等方式做好銀電極，并沿厚度方向極化；

步驟3，將叉指電極(3)夾在兩層壓電材料(7)之間，相鄰的兩層壓電材料(7)的極化方向(9)相反，通過堆疊方式形成多層壓電堆，在預緊力作用下，在壓電堆側面涂覆環氧樹脂(8)，固化后形成多層壓電堆(1)；

步驟4，提供所需的磁致伸縮材料，將磁致伸縮材料制作成需要的尺寸，并用超純水超聲清洗干凈；

步驟5，在磁致伸縮材料(2)上均勻纏繞線圈(4)，線圈通電后用于提供偏置磁場；

步驟6，提供兩塊大小相同的所需應力傳導材料，平行放置后在中間合適位置通過鉸鏈連接形成對稱或不對稱的“工”字形杠桿結構，也可直接利用一塊應力傳導材料制作成類似的“工”字形結構，使在應力傳導介質和鉸鏈所在的平面內，上下兩部分材料均可以繞各自與鉸鏈的連接點轉動；

步驟7，提供所需的陶瓷材料和與步驟6中材料相同的應力傳導材料，分別切割成合適尺寸的四個半球形端帽與四個錐形槽端帽(11)；

步驟8，用環氧樹脂將四個半球形端帽(10)分別粘合在壓電堆(1)和磁致伸縮材料(2)的上下表面，將四個錐形槽端帽(11)分別粘合在“工”字形杠桿結構四個自由端的內側；

步驟9，將壓電堆(1)與磁致伸縮材料(2)分別卡在杠桿兩端，分別被應力傳導介質6的左右兩端夾持，使對應位置的半球形端帽(10)和錐形槽端帽(11)結合。