[發明專利]一種新型結構的低頻磁電復合機械天線

有效

• 申請號: 202011119257.0
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112290201B
• 公開（公告）日: 2021-10-01
• 發明（設計）人: 周靜;侯大軍;周晶晶;陳文;沈杰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01Q1/36
• 分類號: H01Q1/36;H01Q1/04
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 呂露

本發明提供了一種新型結構的低頻磁電復合機械天線及其制作方法，屬于低頻通訊技術領域。本發明涉及的新型結構的低頻磁電復合機械天線主體的結構單元包含具有壓電功能的芯棒、具有壓磁功能的芯殼模塊以及將芯棒和芯殼緊固貼合的卡箍扣。其中，所述芯殼是由多個內徑與芯棒外徑相等的圓弧殼體構成，所述圓弧殼體的數量至少為兩個，相鄰兩個圓弧殼體之間預留伸縮縫隙。本發明所述的新型結構的低頻磁電復合機械天線相較于傳統磁電復合機械天線的優勢在于削弱了化學界面粘合造成的不同相之間應變傳導可能存在的負面影響，應變傳導及時、高效并且均勻。

技術領域

本發明屬于低頻通訊技術領域，具體涉及一種新型結構的低頻磁電復合機械天線。

背景技術

低頻電磁波超遠距水(地)下通信的小型化是目前的研究熱點。機械天線與傳統電激勵天線的不同之處在于，前者是將信息加載通過機械運動的形態轉化成為電磁能來實現信息傳遞。這種信息傳遞的方式，不在受傳統電激勵天線的電流振蕩空間尺寸的限制，不再需要阻抗來匹配電路，為實現高效小型化的低頻通信提供了可能。

根據不同的實現方案，機械天線大致可歸為三類：駐極體式、永磁體式、壓電諧振式。其中，前兩者都是利用機械驅動電磁偶極子運動來產生電磁信號，其穩定強場源的產生與維持及位移驅動技術的局限性一直制約著偶極運動式機械天線的實用化進程。然而，壓電諧振式機械天線采用壓電材料與壓磁材料復合而成的磁電復合材料，利用電-彈-磁耦合效應將包含調制信號信息的電壓輸入壓電相，在電場作用下壓電相形變形成機械波，傳遞于壓磁相產生磁場變化，從而發射電磁波，利用磁電復合材料場強變化代替偶極子運動，可以有效回避強場源及其驅動難題。

然而，無論是以壓電單晶，還是以大尺寸壓電纖維作為壓電層，壓電層與壓磁層之間的界面結合是一個不可忽視的問題。無論是采用機械貼合，還是采用化學粘接，操作過程的差異很可能會導致界面貼合緊密程度不可控，兩相之間的應力應變傳導會因此產生傳導損耗和傳導阻滯，兩相之間貼合不均勻，也會導致應力應變分布不均，最終會影響信號傳遞的質量。

發明內容

為了解決上述兩相界面結合不可控的問題，本發明公開了一種新型結構的低頻磁電復合機械天線及其制作方法，通過合理設計天線結構，提出了一種解決兩相界面結合不可開孔的技術方案。本發明涉及一種新型結構的低頻磁電復合機械天線，其特征在于，所述新型結構的低頻磁電復合機械天線包括具有壓電功能的芯棒、具有壓磁功能的芯殼、以及將芯棒和芯殼緊固貼合的卡箍扣。

進一步地，所述低頻磁電復合機械天線的通訊帶寬優選為50Hz-30KHz。

進一步地，所述芯棒包括圓形壓電薄片和環形叉指電極，將多片圓形壓電薄片層疊，每片壓電薄片之間通過環形叉指電極相互隔斷，并在芯棒端部和芯棒尾部通過緊固螺栓將壓電薄片和叉指電極的層疊體夾緊，芯棒內部所有環形叉指電極的正負極分別匯聚到芯棒端部，形成兩個通電接口。

進一步地，所述圓形壓電薄片的厚度為0.01-10mm，優選為0.01-5mm，更優選為0.01-1mm。所述壓電薄片的材料可選自本領域常規壓電材料，無機壓電材料和有機壓電材料均可用于本發明，無機壓電材料例如鋯鈦酸鉛(PZT)、鈦酸鋇(BT)、鈮酸鉀鈉(KNN)、鈮酸鉛鋇鋰(PBLN)等，有機壓電材料例如聚偏氟乙烯(PVDF)。所述芯棒外圓直徑可依據實際需求進行調節，不作限定。

進一步地，所述環形叉指電極的電極寬度優選0.1μm～1mm，進一步優選0.1μm～10μm，電極間距優選1μm～3mm，進一步優選0.1μm～10μm。

進一步地，所述芯殼是由多個內徑與芯棒外徑相等的圓弧殼體構成，所述圓弧殼體的數量n為兩個以上，優選2-100個。所述芯殼的材料可選自本領域常規壓磁材料，金屬壓磁材料、鐵氧體壓磁材料、稀土壓磁材料均可用于本發明。

進一步地，所述芯棒外圓周長與所有圓弧殼體的內弧長之和的差值為預留的伸縮縫隙寬度，所述差值為芯棒外圓周長的0.5％～45％，優選為0.5％～10％，更優選為0.5％～2％。