[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

一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線及制備方法，包括應力傳導介質、壓電堆、磁致伸縮材料和線圈；兩個應力傳導介質之間平行設置壓電堆和磁致伸縮材料；線圈螺旋纏繞在磁致伸縮材料上；壓電堆包括壓電材料和叉指電極；若干層壓電材料縱向疊加排布，每相鄰兩層壓電材料的極化方向相反，且每相鄰兩層壓電材料之間設置有一層叉指電極。本發明的天線具有體積小，在高電損耗環境中近場損耗低、信號傳播距離遠的優點。

技術領域

本發明屬于天線技術領域，特別涉及一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線及制備方法。

背景技術

在水下、地底以及人體內部等環境下進行通訊要求天線能夠在有損耗的導電環境中傳輸信號。傳統電學天線近場主要是電場，在這些環境中信號損耗較大。另外，為了增強信號的穿透能力，在這些環境下常常使用超低頻(ULF,300Hz至3kHz)信號。傳統天線主要依賴電磁共振，這使得天線的尺寸通常大于電磁波波長的十分之一，否則會影響信號的帶寬和增益。因此，當信號頻率較低時，天線的尺寸相應會非常大，限制其在集成器件、物聯網、分布式傳感等新興領域的應用，在不影響性能的前提下將天線小型化是一個重要的挑戰。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線及制備方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線，包括應力傳導介質、壓電堆、磁致伸縮材料和線圈；兩個應力傳導介質之間平行設置壓電堆和磁致伸縮材料；線圈螺旋纏繞在磁致伸縮材料上；

壓電堆包括壓電材料和叉指電極；若干層壓電材料縱向疊加排布，每相鄰兩層壓電材料的極化方向相反，且每相鄰兩層壓電材料之間設置有一層叉指電極。

進一步的，壓電堆和磁致伸縮材料的兩端均設置有半球形端帽，半球形端帽對應處的應力傳導介質上設置有錐形槽端帽，半球形端帽嵌套在錐形槽端帽內。

進一步的，若干層壓電材料外部側面涂覆環氧樹脂。

進一步的，壓電堆和磁致伸縮材料之間平行設置有鉸鏈，鉸鏈的兩端分別交接在兩個應力傳導介質上。

進一步的，壓電堆為多層結構，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；

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

進一步的，叉指電極材料采用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；線圈為塑料外殼的絕緣線；應力傳導介質、錐形槽端帽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；半球形端帽為氧化鋁、氧化鋯、碳化硅等中的一種。

進一步的，壓電堆為多層結構，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，每層壓電材料的厚度為0.01-2mm；磁致伸縮材料為直徑為1-10mm的圓柱體，或者橫截面積小于200mm²的長方體、正方體。

進一步的，半球形端帽的尺寸滿足其切面能夠完整覆蓋壓電堆和磁致伸縮材料的上下表面；錐形槽端帽的底面半徑和厚度與半球形端帽的半徑相同；鉸鏈在連接應力傳導介質后能將壓電堆和磁致伸縮材料卡在兩端。

進一步的，一種基于逆磁電效應的超低頻磁電天線的制備方法，包括以下步驟：