基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液態(tài)金屬螺旋天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種天線，具體為一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液態(tài)金屬螺旋天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 天線作為一種用來發(fā)射或接收無線電波的部件，在無線通信系統(tǒng)中起到了舉足 輕重的作用，是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。隨著無線通信飛速發(fā)展，對天線的 要求也越來越高。一方面，需要使天線能夠工作在多個頻帶，具有多種工作模式并具有良 好的傳輸性能。另一方面，又要減輕天線的重量、減小天線體積并降低成本。正是由于運(yùn) 樣的需求，可重構(gòu)天線的概念被提出并得到蓬勃發(fā)展。極化可重構(gòu)天線對于多徑效應(yīng)造成 的信號衰落能夠消除，同時可W提高系統(tǒng)對干擾信號的免疫能力W及頻譜利用率與通信 系統(tǒng)的容量，因此得到廣泛研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對W上問題的提出，而研制一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液態(tài)金屬螺旋天線。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)手段如下： 陽〇化]一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液態(tài)金屬螺旋天線，包括：介質(zhì)支撐體、螺旋福射體、饋電匹 配體、接地板和射頻同軸接頭；所述介質(zhì)支撐體為設(shè)置在所述接地板上的圓錐臺結(jié)構(gòu)；所 述饋電匹配體貼附在所述介質(zhì)支撐體外壁下部；所述射頻同軸接頭包括同軸設(shè)置的外導(dǎo)體 和內(nèi)導(dǎo)體；所述外導(dǎo)體連接所述接地板；所述內(nèi)導(dǎo)體連接所述饋電匹配體；所述螺旋福射 體包括變升角螺旋管和容置于所述螺旋管內(nèi)的液態(tài)金屬；所述螺旋管的起始端貼附在所述 饋電匹配體上，并自下而上螺旋環(huán)繞于所述介質(zhì)支撐體外壁上；所述液態(tài)金屬螺旋天線還 包括：用于帶動所述介質(zhì)支撐體和接地板旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、置于所述介質(zhì)支撐體上方的上 固定板；所述螺旋管的末端固定在所述上固定板上；所述螺旋福射體和所述饋電匹配體隨 所述介質(zhì)支撐體一起旋轉(zhuǎn)；
[0006] 進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬螺旋天線還包括下固定板；所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括放置在所 述下固定板上的電機(jī)和基座、與所述電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接的主動輪、通過傳動皮帶與所述主 動輪相連接的從動輪、W及由所述從動輪帶動的中軸；所述中軸一端轉(zhuǎn)動地連接在所述基 座上，并依次穿過所述從動輪、接地板和介質(zhì)支撐體；所述電機(jī)帶動所述主動輪轉(zhuǎn)動，所述 主動輪通過傳動皮帶帶動所述從動輪轉(zhuǎn)動，所述中軸隨所述從動輪一起轉(zhuǎn)動；在所述中軸 的帶動下，所述介質(zhì)支撐體和接地板旋轉(zhuǎn)；
[0007] 進(jìn)一步地，所述介質(zhì)支撐體外壁上對稱設(shè)置有左旋螺旋槽和右旋螺旋槽；在所述 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動下，所述螺旋福射體能夠左旋或右旋轉(zhuǎn)動，并最后布設(shè)于左旋螺旋槽中或 右旋螺旋槽中；
[000引進(jìn)一步地，所述螺旋天線由具備同種結(jié)構(gòu)、且參數(shù)方程為 的螺旋天線在縱向方向上的某一位置截斷得到，該 位置為螺旋管環(huán)繞過程中弧度變化值t等于預(yù)設(shè)值處；參數(shù)方程中R為螺旋天線的頂面半 徑、R'為螺旋天線的底面半徑、N為螺旋圈數(shù)、a。為螺旋起始升角、a 1為螺旋終止升角、t 為螺旋管環(huán)繞過程中弧度變化值，變化范圍為O《t《2 JT N ;
[0009] 進(jìn)一步地，所述螺旋管由聚二甲基硅氧烷材料制成；
[0010] 進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬為嫁銅合金；
[0011] 進(jìn)一步地，所述上固定板、主動輪、從動輪和基座由聚苯乙締材料制成；
[0012] 進(jìn)一步地，所述饋電匹配體為矩形結(jié)構(gòu)；通過調(diào)整所述饋電匹配體的尺寸、W及所 述饋電匹配體底端與所述接地板上表面之間的距離實現(xiàn)天線阻抗匹配；
[0013] 進(jìn)一步地，使用天線時，將液態(tài)金屬注射入所述螺旋管內(nèi)，并在所述螺旋管的起始 端和末端均預(yù)留出未注射有液態(tài)金屬的一定空間，然后采用發(fā)泡聚乙締將所述一定空間填 充；在不使用天線時，將螺旋管內(nèi)的液態(tài)金屬抽取出來。
[0014] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液態(tài)金屬螺旋天線，本 發(fā)明可應(yīng)用于海事衛(wèi)星通信，具有極化可重構(gòu)、重量輕、帶寬寬、低剖面等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明所述螺旋天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是截斷前的螺旋天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明所述左旋螺旋槽和所述右旋螺旋槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4-a是本發(fā)明螺旋天線左旋轉(zhuǎn)動后的軸比隨工作頻率的變化曲線圖；
[0019] 圖4-b是本發(fā)明螺旋天線右旋轉(zhuǎn)動后的軸比隨工作頻率的變化曲線圖；
[0020] 圖5-a是本發(fā)明螺旋天線左旋轉(zhuǎn)動后的反射系數(shù)隨工作頻率的變化曲線圖；
[0021] 圖5-b是本發(fā)明螺旋天線右旋轉(zhuǎn)動后的反射系數(shù)隨工作頻率的變化曲線圖； 陽02引 圖6-曰、圖6-b、圖6-C、圖6-d是本發(fā)明螺旋天線在中屯、頻率1600MHz時的方向性 圖。
[0023] 圖中：1、介質(zhì)支撐體，2、螺旋福射體，3、饋電匹配體，4、接地板，5、射頻同軸接頭， 6、上固定板，7、下固定板，8、電機(jī)，9、基座，10、主動輪，11、從動輪，12、傳動皮帶，13、中軸， 14、左旋螺旋槽，15、右旋螺旋槽，21、螺旋管，22、液態(tài)金屬，51、外導(dǎo)體，52、內(nèi)導(dǎo)體。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1、圖2和圖3所示的一種基于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的液態(tài)金屬螺旋天線，包括：介質(zhì)支 撐體1、螺旋福射體2、饋電匹配體3、接地板4和射頻同軸接頭5;所述介質(zhì)支撐體1為設(shè)置 在所述接地板4上的圓錐臺結(jié)構(gòu)；所述饋電匹配體3貼附在所述介質(zhì)支撐體1外壁下部；所 述射頻同軸接頭5包括同軸設(shè)置的外導(dǎo)體51和內(nèi)導(dǎo)體52;所述外導(dǎo)體51連接所述接地板 4 ;所述內(nèi)導(dǎo)體52連接所述饋電匹配體3 ;所述螺旋福射體2包括變升角螺旋管21和容置 于所述螺旋管21內(nèi)的液態(tài)金屬22 ;所述螺旋管21的起始端貼附在所述饋電匹配體3上，并 自下而上螺旋環(huán)繞于所述介質(zhì)支撐體1外壁上；所述液態(tài)金屬螺旋天線還包括：用于帶動 所述介質(zhì)支撐體1和接地板4旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、置于所述介質(zhì)支撐體1上方的上固定板6 ; 所述螺旋管21的末端固定在所述上固定板6上；所述螺旋福射體2和所述饋電匹配體3隨 所述介質(zhì)支撐體1 一起旋轉(zhuǎn)；進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬螺旋天線還包括下固定板7 ;所述旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括放置在所述下固定板7上的電機(jī)8和基座9、與所述電機(jī)8的轉(zhuǎn)軸相連接的主動 輪10、通過傳動皮帶12與所述主動輪10相連接的從動輪11、W及由所述從動輪11帶動的 中軸13 ;所述中軸13 -端轉(zhuǎn)動地連接在所述基座9上，并依次穿過所述從動輪11、接地板 4和介質(zhì)支撐體1 ;所述電機(jī)8帶動所述主動輪10轉(zhuǎn)動，所述主動輪10通過傳動皮帶12帶 動所述從動輪11轉(zhuǎn)動，所述中軸13隨所述從動輪11 一起轉(zhuǎn)動；在所述中軸13的帶動下， 所述介質(zhì)支撐體1和接地板4旋轉(zhuǎn)；進(jìn)一步地，所述介質(zhì)支撐體1外壁上對稱設(shè)置有左旋螺 旋槽14和右旋螺旋槽15 ;在所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動下，所述螺旋福射體2能夠左旋或右旋轉(zhuǎn) 動，并最后布設(shè)于左旋螺旋槽14中或右旋螺旋槽15中；進(jìn)一步地，所述螺旋天線由具備同 種結(jié)構(gòu)、且參數(shù)方程為
的螺旋天線在縱向方向上的 某一位置截斷得到，該位置為螺旋管21環(huán)繞過程中弧度變化值t等于預(yù)設(shè)值處；參數(shù)方程 中R為螺旋天線的頂面半徑、R'為螺旋天線的底面半徑、N為螺旋圈數(shù)、a。為螺旋起始升 角、a 1為螺旋終止升角、t為螺旋管環(huán)繞過程中弧度變化值，變化范圍為0《t《23iN;進(jìn) 一步地，所述螺旋管21由聚二甲基硅氧烷材料制成；進(jìn)一步地，所述液態(tài)金屬22為嫁銅合 金；進(jìn)一步地，所述上固定板6、主動輪10、從動輪11和基座9由聚苯乙締材料制成；進(jìn)一步 地，所述饋電匹配體3為矩形結(jié)構(gòu)；通過調(diào)整所述饋電匹配體3的尺寸、W及所述饋電匹配 體3底端與所述接地板4上表面之間的距離實現(xiàn)天線阻抗匹配；進(jìn)一步地，使用天線時，將 液態(tài)金屬22注射入所述螺旋管21內(nèi)，并在所述螺旋管21的起始端和末端均預(yù)留出未注射 有液態(tài)金屬22的一定空間，然后采用發(fā)泡聚乙締將所述一定空間填充；在不使用天線時， 將螺旋管21內(nèi)的液態(tài)金屬22抽取出來。
[00巧]本發(fā)明所述接地板4在射頻同軸接頭5處設(shè)有通孔；所述內(nèi)導(dǎo)體52底端穿過所 述通孔；實際設(shè)計時，所述螺旋管21外徑可取值為6mm、內(nèi)徑取值為4mm，且由彈性體材料 如聚二甲基硅氧烷材料（PDM巧制成，PDMS是一種高彈體，伸展性強(qiáng)，利于天線的可重構(gòu)性； 所述液態(tài)金屬22采用嫁銅合金巧Gain)，其烙點(diǎn)低、常溫下呈現(xiàn)液態(tài)、接觸空氣會形成氧化 表層，進(jìn)而不再流動、具有天線需要的所有電子特性、彈性大于銅等固態(tài)金屬、能夠很好地 接收信號、反復(fù)彎折也不會導(dǎo)致材料疲勞、具有自我修復(fù)能力、W及具備實現(xiàn)可重構(gòu)天線的 特質(zhì)；所述介質(zhì)支撐體1可W采用發(fā)泡聚乙締材料制成，實際設(shè)計時介質(zhì)支撐體1底面半徑 Rb可W為30mm，頂面半徑R。可W為15mm，高度H'可W取值為93mm ;本發(fā)明所述螺旋天線 由具備同種結(jié)構(gòu)、且參數(shù)方程為 的螺旋天線在縱 向方向上的某一位置截斷得到，該位置為螺旋管環(huán)繞過程中弧度變化值t等于預(yù)設(shè)值處，