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CN107658551A - 一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线 - Google Patents

一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线 Download PDF

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杨凌升
王培杰
陆嘉怡
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Abstract

本发明公开了一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，天线基板，附着于天线基板上的辐射贴片，设于天线基板内的管道，设于管道两头并向管道内注射镓铟锡液态金属的注射泵。本发明提供一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，本发明通过在天线中设置管道，通过改变管道内镓铟锡液态金属的长度，改变天线的有效电长度，使得天线谐振频率发生偏移，从而实现天线频率的可重构；结构简单，方便控制。

Description

一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线
技术领域
本发明属于天线技术领域，特别是一种频率可重构天线。
背景技术
可重构天线(Reconfigurable Antenna)，一般可分为频率可重构天线、方向图可重构天线、极化可重构天线这三类。其中频率可重构天线是在保持天线的方向图和极化方式不变的前提下，通过调节天线的有效电长度来改变谐振频率，使之具有改变频率的能力。
在电磁场理论中，天线上的电流分布是大小不一的，分布式电容和电感对天线电流的影响非常大。目前来说，国内外主要使用加载可变电容、增加电子开关等方法实现频率可重构，但是这些方法都只针对传统的固体金属天线，局限性比较大；本发明解决这些问题。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，本发明通过在天线中设置管道，通过改变管道内镓铟锡液态金属的长度，改变天线的有效电长度，使得天线谐振频率发生偏移，从而实现天线频率的可重构；结构简单，方便控制。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，天线基板，附着于天线基板上的辐射贴片，设于天线基板内的管道，设于管道两头并向管道内注射镓铟锡液态金属的注射泵。
前述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，还包括：连接于注射泵的活塞的控制器。
前述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，天线基板为罗谢尔泡沫基板。
前述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，辐射贴片为矩形，辐射贴片的尺寸为50mm*43.4mm。
前述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，管道为多个。
前述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，管道为三个，分别为第一管道，第二管道，第三管道。
前述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，第一管道内填充有镓铟锡液态金属的长度为55mm，第二管道内填充有镓铟锡液态金属的长度为60mm，第三管道内填充有镓铟锡液态金属的65mm。
本发明的有益之处在于：本发明提供一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，本发明通过在天线中设置管道，通过改变管道内镓铟锡液态金属的长度，改变天线的有效电长度，使得天线谐振频率发生偏移，从而实现天线频率的可重构；本天线相比以往结构较复杂的可重构天线，仅在基板挖出管道，使天线实现频率可重构，结构简单；通过注射泵单独控制管道内镓铟锡液态金属的长度，实现频率的连续可调；注射泵由电脑控制活塞左右移动，使得天线重新谐振在原先频率范围内；自动化程度高，效率高，控制稳定。
附图说明
图1是本发明的一种实施例的结构示意图；
图2是改变第一管道的镓铟锡液态金属长度时的S11参数；
图3是改变第二管道的镓铟锡液态金属长度时的S11参数；
图4是改变第三管道的镓铟锡液态金属长度时的S11参数；
图5是本发明的天线增益图；
图中附图标记的含义：
1天线基板，2辐射贴片，3管道，301第一管道，302第二管道，303第三管道，4镓铟锡液态金属，5注射泵。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种基于镓铟锡液态金属4的频率可重构天线，天线基板1，附着于天线基板1上的辐射贴片2，设于天线基板1内的管道3，设于管道3两头并向管道3内注射镓铟锡液态金属4的注射泵5。在管道3内注入镓铟锡液态金属4，通过控制镓铟锡液态金属4的长度，进而改变天线基板1相对介电常数以及天线电长度的改变，实现天线谐振频率的改变。
作为一种优选，天线基板1为罗谢尔泡沫基板；作为一种实施例，辐射贴片2为矩形，辐射贴片2的尺寸为50mm*43.3mm。
在常温下,Hg是唯一以液态存在的重质液体金属，具有较高的电导率(σ＝10/m)。但是Hg常温下即可蒸发，蒸发出来Hg蒸汽有剧毒，会对人造成极大的伤害。作为一种优选，镓铟锡液态金属4按照各成分百分比镓68％、铟22％、锡10％混合而成。镓铟锡液态金属4这样具有和水银极其相似的物理属性和化学特性(熔点-19℃，沸点1300℃，σ＝3.46×106S/m)，但是又具有无毒无污的特征，所以可以在液态金属天线领域运用。
为了提高自动化，频率可重构天线，还包括：连接于注射泵5的活塞的控制器。控制器使用普通电脑都可实现，注射泵5由电脑控制活塞左右移动，使得天线重新谐振在原先频率范围内，通过注射泵5单独控制管道3内镓铟锡液态金属4的长度，实现频率的连续可调。
如图1所示，天线采用同轴馈电。本设计天线是一个结构简单的平面倒F天线，辐射贴片2附着在150mm*130.2mm*4mm的以罗谢尔泡沫(Rochelle foam，εr＝1)为材质的天线基板1上，在天线基板1上挖出管道3。管道3可以为多个，作为一种实施例，管道3为三个，分别为第一管道301，第二管道302，第三管道303。管道3的直径优选为3mm，在3个管道3内注入不同长度的镓铟锡液态金属4，在初始状态下，第一管道301内填充有镓铟锡液态金属4的长度为55mm，第二管道302内填充有镓铟锡液态金属4的长度为60mm，第三管道303内填充有镓铟锡液态金属4的65mm。通过注入金属后，改变了天线的有效电长度，继而改变了天线的谐振频率范围，实现了天线频率的可重构。在后面的测试过程中，在管道3两头接上注射泵5，通过电脑控制注射泵5活塞的左右移动实现改变每条管道3内镓铟锡液态金属4的长度，从而改变天线的频率范围。
如图2所示的是改变第一管道301镓铟锡液态金属4长度时的S11参数，从图中可以看出，随着注入管道3金属长度的增大，天线谐振频率向低频方向移动。图3及图4表示的是改变第二管道302及第三管道303液态金属长度时的S11参数，图中可以看出，天线频率随着第二管道302的液态金属长度的增大，向高频方向移动，而第三管道303内液态金属长度的增加则使天线谐振频率向低频方向移动。
如图5为天线增益图，在3GHz附近，天线增益均大于10dB，增益较高，满足数据传输的基本要求。
本发明提供一种基于镓铟锡液态金属4的频率可重构天线，本发明通过在天线中设置管道3，通过改变管道3内镓铟锡液态金属4的长度，改变天线的有效电长度，使得天线谐振频率发生偏移，从而实现天线频率的可重构；本天线相比以往结构较复杂的可重构天线，仅在基板挖出管道3，使天线实现频率可重构，结构简单；通过注射泵5单独控制管道3内镓铟锡液态金属4的长度，实现频率的连续可调；注射泵5由电脑控制活塞左右移动，使得天线重新谐振在原先频率范围内；自动化程度高，效率高，控制稳定。液态金属天线相比固体天线，具备根据来波进行自我调谐的功能，可适应复杂多变的通信环境，而且能够运用在勘测堤坝、大桥还有预防山体滑坡等工程中，利用他的流动性和延展性，把它做成具有高敏感度的感应器。同时利用液态金属天线的柔软性，能够随着外部受力的变化而产生根据外力变化发生的形变，形变又导致了天线发射/接收频率的变化，实现频率可重构。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，其特征在于，天线基板，附着于上述天线基板上的辐射贴片，设于上述天线基板内的管道，设于管道两头并向管道内注射镓铟锡液态金属的注射泵。
2.根据权利要求1所述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，其特征在于，还包括：连接于注射泵的活塞的控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，其特征在于，上述天线基板为罗谢尔泡沫基板。
4.根据权利要求1所述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，其特征在于，上述辐射贴片为矩形，辐射贴片的尺寸为50mm*43.4mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，其特征在于，上述管道为多个。
6.根据权利要求1所述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，其特征在于，上述管道为三个，分别为第一管道，第二管道，第三管道。
7.根据权利要求6所述的一种基于镓铟锡液态金属的频率可重构天线，其特征在于，上述第一管道内填充有镓铟锡液态金属的长度为55mm，上述第二管道内填充有镓铟锡液态金属的长度为60mm，上述第三管道内填充有镓铟锡液态金属的65mm。
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