本發(fā)明屬于微帶天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有水溶性的瞬態(tài)微帶天線。

背景技術(shù)：

微帶天線(microstripantennas)是由導(dǎo)體薄片貼附在背面有導(dǎo)體接地板的介質(zhì)基板上形成的天線。微帶天線最初應(yīng)用為火箭和導(dǎo)彈的共性天線，現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛用于無(wú)線通信技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)等若干領(lǐng)域中。在現(xiàn)有的各類微帶天線中，微帶天線的基板材料除了具備優(yōu)異性能之外，還需要適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，而這種穩(wěn)定性的特點(diǎn)往往是長(zhǎng)時(shí)間或永久的，但也正是由于這種穩(wěn)定性使得當(dāng)前淘汰或者損毀的電子器件成為了污染環(huán)境的主要源頭之一。同時(shí)，隨著信息安全的不斷加強(qiáng)，傳統(tǒng)的微帶天線在某些領(lǐng)域暴露出了問(wèn)題與不足，比如：在軍事運(yùn)用上如果要求關(guān)鍵部件能部分或完全分解的器件以有效地保護(hù)機(jī)密信息的泄露，這就對(duì)器件的可降解性能提出了嶄新的要求。此外，無(wú)線數(shù)據(jù)遙測(cè)與能量傳輸在無(wú)線醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及醫(yī)療保健方面具有十分廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，微帶天線用于遠(yuǎn)程醫(yī)療通信以傳遞診斷信息是未來(lái)生物醫(yī)療發(fā)展的必然趨勢(shì)。如果植入天線能夠?yàn)樯矬w相容并且在特定時(shí)間內(nèi)可以發(fā)生降解并被人體代謝，這將極大地減少病人的痛楚和降低醫(yī)療成本。因此在微帶天線獲得廣泛應(yīng)用的同時(shí)，如何在保證性能的同時(shí)使得微帶天線的降解能力滿足實(shí)際需求成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員想要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有水溶性且性能優(yōu)異的瞬態(tài)微帶天線，以減少電子垃圾的污染，保護(hù)環(huán)境，同時(shí)在安全電子器件、植入式可降解遠(yuǎn)程醫(yī)療器件等領(lǐng)域能夠發(fā)揮重要作用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種瞬態(tài)微帶天線，包括：底面設(shè)有接地金屬層的水溶性基底，水溶性基底頂面設(shè)有輻射貼片；其中：水溶性基底為聚乙烯醇與納米二氧化鈦形成的復(fù)合薄膜，所述輻射貼片的材料為鎂，所述接地金屬層的材料為銅。

本發(fā)明中瞬態(tài)微帶天線可以通過(guò)同軸饋線或者微帶饋線與輻射貼片相連而饋電，也可以通過(guò)電磁耦合進(jìn)行非接觸式饋電。

本發(fā)明中聚乙烯醇(pva)是一種含有大量羥基(-oh)的聚合物。由于其側(cè)基-oh的體積較小，可進(jìn)入結(jié)晶點(diǎn)中而不造成應(yīng)力，故有高度結(jié)晶性，同時(shí)pva分子鏈上帶有大量的-oh，極性很強(qiáng)，-oh上的氫與電負(fù)性很強(qiáng)的氧原子相連，使氫氧鍵高度極化，一個(gè)-oh上帶有部分正電荷的氫，可與另一個(gè)-oh上帶有部分負(fù)電荷的氧相互吸引，形成大量分子內(nèi)與分子間的氫鍵。以上這些結(jié)構(gòu)決定了pva具有水溶性，醇解度是衡量pva水溶性的一個(gè)重要指標(biāo)，作為優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明中聚乙烯醇的醇解度為92％～94mol％。

由于pva是結(jié)晶聚合物，而本發(fā)明對(duì)其水溶性有較高要求，其分子內(nèi)和分子間有大量氫鍵，使得熔點(diǎn)較高，與其分解溫度很接近，故制備聚乙烯醇和納米二氧化鈦形成的復(fù)合薄膜通常采用溶液澆注法進(jìn)行制備。

具體地，聚乙烯醇和納米二氧化鈦形成的復(fù)合薄膜的制備過(guò)程如下：將聚乙烯醇溶液與納米二氧化鈦通過(guò)磁力攪拌、高速電動(dòng)攪拌機(jī)等方式混合均勻后，靜置消除氣泡或者采用真空脫泡處理，然后取混合膠液涂布至表面潔凈平整的制作板上形成厚度均勻的濕膜，經(jīng)干燥成膜后剝離制得水溶性復(fù)合薄膜。

作為優(yōu)選實(shí)施方式，采用溶液澆注法制備時(shí)，聚乙烯醇水溶液的濃度為5.0wt.％～8.0wt.％，聚乙烯醇水溶液與納米二氧化鈦的質(zhì)量比為1000∶1～2。

本發(fā)明中水溶性復(fù)合薄膜的厚度可根據(jù)pva溶液濃度控制。

本發(fā)明中輻射貼片通過(guò)將金屬鎂磁控濺射沉積至水溶性基底形成目標(biāo)圖案。

本發(fā)明中接地金屬層通過(guò)將金屬銅磁控濺射沉積至水溶性基底底面。進(jìn)一步地，所述水溶性基底的介電常數(shù)和介電損耗通過(guò)tio2的填充量進(jìn)行調(diào)節(jié)，制得具有良好介電性能的水溶性基底；并且tio2的存在會(huì)提高材料的耐水性，因此通過(guò)調(diào)節(jié)tio2的填充量也可達(dá)到控制基底材料的降解速率的目的。

通過(guò)同軸饋線、微帶饋線或者電磁耦合將本發(fā)明瞬態(tài)微帶天線接入微波電路中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例可以看出：基于水溶性基底制得的微帶天線在輻射貼片法線方向有著最大輻射，插入損耗低；將本發(fā)明微帶天線浸泡在水中，基底材料可以在數(shù)十分鐘內(nèi)完全或大部分溶解，由于基底溶解，輻射貼片的圖案變得模糊，最終，金屬鎂輻射貼片也溶解于水中。因此，本發(fā)明瞬態(tài)微帶天線達(dá)到使用壽命后或者完成特定的任務(wù)后能夠溶解于水中降解成對(duì)自然環(huán)境無(wú)害的材料。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用水溶性材料和能水解的金屬鎂分別作為基底和輻射貼片，在接觸水的條件下即可觸發(fā)微帶天線的降解，達(dá)到防止信息泄露的目的；進(jìn)一步地，本發(fā)明瞬態(tài)天線的水溶性基底材料是采用納米二氧化鈦與聚乙烯醇形成的復(fù)合薄膜，具有介電性能優(yōu)異、質(zhì)量輕、體積小且易于集成的優(yōu)勢(shì)；并且基底材料的介電性能可以通過(guò)納米二氧化鈦的填充量進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而有效地控制天線的插入損耗和輻射效率，同時(shí)，納米二氧化鈦的存在會(huì)降低基底材料在水中的溶解速率，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)納米二氧化鈦的填充量也可達(dá)到控制基底材料的降解速率的目的。本發(fā)明具有環(huán)境友好、成本低廉的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用于安全電子器件、植入式可降解遠(yuǎn)程醫(yī)療器件、零廢物消費(fèi)電子器件等領(lǐng)域具有廣闊前景。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例瞬態(tài)天線襯底材料示意圖；

圖2為實(shí)施例瞬態(tài)天線介電性能的仿真結(jié)果圖

圖3為實(shí)施例瞬態(tài)天線整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明可降解的瞬態(tài)天線仿真結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例瞬態(tài)天線插入損耗的仿真結(jié)果圖；

圖6為實(shí)施例瞬態(tài)天線s11參數(shù)的smith圓圖；

圖7為實(shí)施例瞬態(tài)天線三維增益方向圖；

圖8為實(shí)施例瞬態(tài)天線e面增益方向圖；

圖9為實(shí)施例瞬態(tài)天線降解過(guò)程示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

實(shí)施例：

本實(shí)施水溶性基底如圖1所示，具體制作工藝如下：

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0％的聚乙烯醇水溶液與納米二氧化鈦按照質(zhì)量比為1000∶2共混，通過(guò)磁力攪拌混合均勻后，在真空條件下進(jìn)行脫泡處理，然后將混合所得膠液涂布至光滑潔凈的玻璃板上形成厚度均勻的濕膜，在真空干燥箱中溫度為30℃下恒溫干燥，制得厚度約為0.10mm的均勻薄膜；然后將多層厚度為0.10mm的均勻薄膜在溫度為60℃下進(jìn)行熱壓處理制得厚度為0.3mm水溶性基底。

將上述制備得到的水溶性基底剪切成大小為15mm×15mm，厚度為0.3mm的矩形薄膜，使用agilente4991b阻抗分析儀測(cè)試其介電常數(shù)及損耗，測(cè)試頻率范圍為10mhz～1ghz，獲得的介電性能結(jié)果如圖2所示，從圖中可以看出：本實(shí)施例在高頻下具有低介電常數(shù)(εr＝3.9，@1.0ghz)、低介電損耗(tanδ＝0.04，@1.0ghz)的特點(diǎn)，并且，當(dāng)頻率f大于1.0ghz,，水溶性基底1的介電性能隨頻率變化不大。

如圖3所示，本實(shí)施例在圖1所示水溶性基底上制備輻射貼片2，本實(shí)施例設(shè)計(jì)的微帶天線中水溶性基底1的尺寸具體為：長(zhǎng)×寬×高＝52.74mm×40.70mm×0.3mm，將金屬銅通過(guò)磁控濺射法在水溶性基底1的底面沉積得到接地板；本實(shí)施設(shè)計(jì)的微帶天線中輻射貼片2是通過(guò)磁控濺射法將金屬鎂沉積到水溶性基底1形成長(zhǎng)為26.37mm寬為20.35mm的矩形圖案，本實(shí)施例給出輻射貼片的形狀為矩形，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員常識(shí)可知輻射貼片的形狀不局限于矩形，本實(shí)施例中濺射時(shí)間控制為30秒，制得的輻射貼片2厚度為50nm；

如圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種瞬態(tài)微帶天線的仿真結(jié)構(gòu)示意圖，包括：底面設(shè)有接地板的水溶性基底1，水溶性基底1的頂面設(shè)有矩形輻射貼片2以及同軸饋線3，同軸饋電方式又稱為背饋，是指將同軸線的插座安裝在接地板的背面，外導(dǎo)體直接接在接地板上，同軸線的內(nèi)導(dǎo)體即同軸探針穿過(guò)接地板和水溶性基底1接在輻射貼片2上；其中：水溶性基底1為聚乙烯醇與納米二氧化碳形成的復(fù)合薄膜，輻射貼片2的材料為鎂，接地板的材料為銅。

本實(shí)施例采用同軸饋電方式，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員常識(shí)可知微帶貼片天線的饋電不局限于同軸線饋電(也稱探針饋電)，還可以是邊沿饋電(也稱微帶饋電)、口徑耦合以及臨近耦合。具體實(shí)施中可以根據(jù)實(shí)際需要采用合適的饋電方式；本實(shí)施例的具體設(shè)計(jì)中將同軸饋線3的接口作為天線的輸入端，同軸饋線3的接口與輻射貼片2的寬平行，位于輻射貼片2長(zhǎng)邊中點(diǎn)的連線上且距離輻射貼片中心3.26mm。

通過(guò)同軸饋線將本實(shí)施例瞬態(tài)矩形微帶天線接入微波電路中，按照本實(shí)施例設(shè)計(jì)的參數(shù)，采用hfss軟件進(jìn)行仿真測(cè)試，得到如下測(cè)試結(jié)果：

如圖5所示為本實(shí)施例微帶天線的插入損耗仿真結(jié)果圖，從圖中可以看出：本實(shí)施例制備的瞬態(tài)矩形微帶天線的中心頻率約為4.5ghz，在20mhz帶寬內(nèi)插入損耗小于-10db，在中心頻率f為4.5ghz時(shí)，瞬態(tài)矩形微帶天線的插入損耗s11小于-30db，說(shuō)明本實(shí)施微帶天線與電路達(dá)到很好的匹配；如圖6所示為本實(shí)施例微帶天線的smith圓圖仿真結(jié)果，從圖中可以看出：微帶天線的歸一化的輸入阻抗為0.9864+j0.0899，即為49.3+j4.5，約為50ω，達(dá)到阻抗匹配，此時(shí)輸出功率最大；如圖7所示為本實(shí)施例微帶天線的三維增益方向圖，從圖中可以看出：本實(shí)施例微帶天線最大輻射方向?yàn)檩椛滟N片的法向，即z軸正方向；如圖8所示為本實(shí)施例微帶天線e面增益方向圖，從圖中可以看出：當(dāng)theta＝0°時(shí)，天線增益達(dá)到最大值為8.16db，theta＝180°時(shí)，天線增益的最小值為-8.50db。

將本發(fā)明實(shí)施例制備的瞬態(tài)矩形微帶天線在常溫下置于水中，如圖9所示，基底由于吸水開(kāi)始收縮、溶解，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后慢慢溶于水中，在經(jīng)過(guò)240分鐘后天線大部分溶于水中，實(shí)現(xiàn)降解。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了闡述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。