[發(fā)明專(zhuān)利]基于液態(tài)金屬的頻率極化可重構(gòu)螺旋天線(xiàn)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011639775.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112821084A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳益凱;張婷婷;楊仕文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01Q15/24
• 分類(lèi)號(hào): H01Q15/24;H01Q1/36;H01Q1/38
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專(zhuān)利事務(wù)所 51213
• 代理人: 張秀敏

本發(fā)明屬于天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于液態(tài)金屬的頻率極化可重構(gòu)螺旋天線(xiàn)，包括微流管道介質(zhì)基板、微流管道、螺旋金屬貼片、液態(tài)金屬、第一介質(zhì)基板、第二介質(zhì)基板、第三介質(zhì)基板、巴倫、同軸饋線(xiàn)和尼龍柱。本發(fā)明利用液態(tài)金屬的可塑性改變天線(xiàn)尺寸和旋向，實(shí)現(xiàn)0.35?18GHz內(nèi)50倍頻頻率極化可重構(gòu)。用液態(tài)金屬控制螺旋天線(xiàn)雙臂的長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的頻率可重構(gòu)；利用液態(tài)金屬改變螺旋天線(xiàn)臂的旋向，可以在右旋圓極化和左旋圓極化之間轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了極化可重構(gòu)。本發(fā)明的可重構(gòu)天線(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧，可重構(gòu)范圍大，天線(xiàn)在重構(gòu)時(shí)不易折損。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于液態(tài)金屬的頻率極化可重構(gòu)螺旋天線(xiàn)及其重構(gòu)方法，利用液態(tài)金屬在室溫下流動(dòng)的特性改變天線(xiàn)螺旋雙臂的長(zhǎng)度和旋向?qū)崿F(xiàn)可重構(gòu)，能夠根據(jù)環(huán)境的要求來(lái)調(diào)整其自身的工作性能。

背景技術(shù)

近些年，隨著無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和新興應(yīng)用的飛速發(fā)展，無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)擁有超大容量、多種功能和超寬工作帶寬成為必然趨勢(shì)，系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)多功能就需要多個(gè)天線(xiàn)工作，但是當(dāng)天線(xiàn)變多時(shí)，無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)電磁干擾、電磁兼容性變差、重量增加、尺寸變大等問(wèn)題。因此，可重構(gòu)天線(xiàn)由于有多種工作模式、高效率、小尺寸等特性及形式受到廣泛關(guān)注。

可重構(gòu)天線(xiàn)根據(jù)重構(gòu)的性質(zhì)可以分為：頻率可重構(gòu)、極化可重構(gòu)和方向圖可重構(gòu)。到目前為止，常見(jiàn)的可重構(gòu)天線(xiàn)是通過(guò)變?nèi)荻O管、pin二極管、微電子機(jī)械系統(tǒng)開(kāi)關(guān)等射頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)，這些設(shè)備往往需要直流偏置電路來(lái)激勵(lì)，這就導(dǎo)致了天線(xiàn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、產(chǎn)生非線(xiàn)性效應(yīng)、低功率容量等缺點(diǎn)。

鎵銦合金液態(tài)金屬有著無(wú)毒、流動(dòng)性強(qiáng)、高電導(dǎo)率(3.4×10⁶S/m)的特點(diǎn)，在可重構(gòu)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。利用液態(tài)金屬替代射頻開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)可以避免功率損耗和非線(xiàn)性效應(yīng)，而且液態(tài)金屬可重構(gòu)天線(xiàn)的可重構(gòu)范圍更大，液態(tài)金屬由于柔軟的特性，在柔性天線(xiàn)和可穿戴天線(xiàn)方面也有很大的應(yīng)用前景。

2020年，Ying Liu等人在IEEE Transactions on Antennas and Propagation發(fā)表的“A Frequency-and Polarization-Reconfigurable Slot Antenna Using LiquidMetal”，該論文中提出了一種可重構(gòu)縫隙天線(xiàn)，將液態(tài)金屬填充在不同的微流管通道實(shí)現(xiàn)圓極化與頻率的可重構(gòu)，將液態(tài)金屬全部抽出后，天線(xiàn)極化狀態(tài)變?yōu)榫€(xiàn)極化。最終天線(xiàn)線(xiàn)極化工作在1.97-2.3GHz，在2.27-2.83GHz范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)左旋圓極化頻率可重構(gòu)，在2.19-2.79GHz范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)右旋圓極化頻率可重構(gòu)。盡管該論文提出了多種可重構(gòu)極化狀態(tài)與多段可重構(gòu)頻段的縫隙天線(xiàn)，但是天線(xiàn)工作頻段較窄，不滿(mǎn)足超寬帶可重構(gòu)的要求。

目前所發(fā)表的關(guān)于液態(tài)金屬頻率可重構(gòu)天線(xiàn)的論文或專(zhuān)利都存在上述的問(wèn)題，并沒(méi)有充分利用到液態(tài)金屬的特性，而實(shí)現(xiàn)超寬帶的頻率極化可重構(gòu)在通信領(lǐng)域有著重大的意義，為了解決該技術(shù)難題，本發(fā)明提出了一種超寬帶可重構(gòu)螺線(xiàn)天線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了0.35-18GHz的50倍頻工作范圍，而且該發(fā)明還能實(shí)現(xiàn)右旋圓極化與左旋圓極化的轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述所提到的現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種基于液態(tài)金屬的頻率極化可重構(gòu)螺旋天線(xiàn)，通過(guò)控制液態(tài)金屬的填充長(zhǎng)度來(lái)改變螺旋天線(xiàn)輻射雙臂的尺寸與圈數(shù)，實(shí)現(xiàn)頻率可重構(gòu)；將液態(tài)金屬填充在不同的微流管通道改變螺旋天線(xiàn)的旋向，實(shí)現(xiàn)極化可重構(gòu)，該天線(xiàn)解決現(xiàn)有天線(xiàn)的可重構(gòu)頻率范圍較窄，可重構(gòu)性能單一的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于液態(tài)金屬的頻率極化可重構(gòu)螺旋天線(xiàn)，包括微流管道介質(zhì)基板1、微流管道2、螺旋金屬貼片3、液態(tài)金屬4、第一介質(zhì)基板5、第二介質(zhì)基板6、第三介質(zhì)基板7、巴倫8、同軸饋線(xiàn)9、尼龍柱10，其特征在于：

所述微流管道介質(zhì)基板1包括上層微流管道介質(zhì)基板1.1、中層微流管道介質(zhì)基板1.2和下層微流管道介質(zhì)基板1.3；所述微流管道2包括左旋微流管道2.1和右旋微流管道2.2。