本發明涉及通訊
技術領域：
，特別地，涉及一種液體混合腔式可調控天線。
背景技術：
：現有技術中，常見的無線系統包括雷達、通信、導航等，其天線通常是金屬材質，或金屬與固體介質的混合結構。現有的天線主要包括兩類：一、液態金屬天線，這種天線的性能提升和技術成熟度高度依賴于液態金屬材料的研究和開發，其設計方法與常規金屬天線接近。當前，室溫液態金屬種類和數量有限，仍處于基礎研究階段。二、非金屬天線，主要應用海水、鹽水、純凈水或其他有機、無機液體作為輻射體，設計實現天線結構。經過對國內外已發表的非金屬天線的文獻查閱，目前得到研究的，主要包括：(1)用抽水機、水泵抽取海水，噴射出去，形成拋物線、半圓形弧狀或直立單臂鞭狀振子天線，主要用于海洋環境下艦船臨時無線通信；(2)以液體來代替傳統金屬天線的一部分結構，實現液體和固體的混合，如液體微帶貼片天線，基板是固體介質，貼片部分，更換為裝在塑料盒里的液體；或者，實現液體加載，對原金屬天線，加上一部分液體結構，改善某方面的性能；(3)常規形式的靜態天線主要包括：液體介質諧振天線、液體單極子天線等。金屬天線不足之處主要有：電氣性能一般不可重構，用戶使用期間不能或無法調整，重量較大，相控陣天線可重構，但造價高，系統復雜，體積通常也較大，不適合經濟型小型化系統；使用水泵的海水天線體積大，能耗大；使用液體替代傳統天線的某一部分，或者用液體對經典天線形式進行加載的天線，其性能指標通常不可調控。技術實現要素：本發明目的在于提供一種液體混合腔式可調控天線，以解決現有天線電氣性能不可重構、重量體積大、能耗高的技術問題。為實現上述目的，本發明提供了一種液體混合腔式可調控天線，包括空心腔體結構的天線1以及與所述天線1連接的饋電端2；所述天線1內部注入有液體；所述饋電端2包括同軸接頭21、微波介質基板23以及設置于所述微波介質基板23下方的金屬地24；所述天線1設置于微波介質基板23上方；所述同軸接頭21貫穿微波介質基板23和金屬地24設置，且所述同軸接頭21設有與所述天線1內部液體連通的探針22。優選的，所述天線1包括內腔體11、外腔體12和調控柱13；所述內腔體1設置在所述外腔體2內部空腔，所述調控柱13貫穿所述內腔體11和所述外腔體12下端通孔設置。優選的，所述內腔體11和外腔體12為同心圓柱腔體結構。優選的，所述探針22與內腔體11圓心位置的距離為0～8mm。優選的，所述探針22長度為1.5～4.0mm。優選的，所述內腔體11和外腔體12材質為聚四氟乙烯。優選的，所述天線1內部液體為純凈水與花生油混合物。優選的，所述天線1內部液體為海水與花生油混合物。優選的，所述微波介質基板23材質為FR-4，介電常數為4.3，厚度為2.2mm。本發明具有以下有益效果：本發明的液體混合腔式可調控天線包括空心腔體結構的天線以及與所述天線連接的饋電端；所述天線內部注入有液體；所述饋電端包括同軸接頭、微波介質基板以及設置于所述微波介質基板下方的金屬地；所述天線設置于微波介質基板上方；所述同軸接頭貫穿微波介質基板和金屬地設置，且所述同軸接頭設有與所述天線內部液體連通的探針，所述天線包括內腔體、外腔體和調控柱；所述內腔體設置在所述外腔體內部空腔，所述調控柱貫穿所述內腔體和所述外腔體下端通孔設置。通過拉動調控柱可使內腔和外腔連通，調節內腔和外腔內液體高度，使得諧振點和帶寬變化，引起天線方向圖主瓣指向、增益數值的變化，實現液體分布的重構，改變天線的輻射和匹配性能。本發明的液體混合腔式可調控天線結構精簡，微波介質基板可以為圓形，也可以是矩形或正方形，其形狀可以在尺寸大于外腔體外徑的前提下自由選擇，選擇的具體尺寸將影響天線輻射性能，但都可以實現有效輻射。本發明的液體混合腔式可調控天線微波介質基板可以使用不同材料，介電常數可以從2～100之間選擇，其厚度可以在0.5～10mm范圍內選擇，不同的選擇將對天線阻抗匹配性能和工作頻率范圍產生影響，需根據實際需求進行計算和分析。本發明的液體混合腔式可調控天線根據原始設計的不同，此天線的工作模式可分為兩種：單極子狀態和介質諧振狀態。單極子狀態工作的天線，其液體要求全部或至少與探針相接的液體導電，比如海水(主要溶質為氯化鈉，全球海洋平均濃度為3.5％；還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成分)、鹽水(氯化鈉溶液，濃度范圍1％-26.5％或飽和)或一部分離子液體。以介質諧振狀態工作的天線，其液體要求全部為非導電材料，比如橄欖油、玉米油、花生油等植物油或純凈水等。本發明的液體混合腔式可調控天線內腔體和外腔體材質可以選擇聚四氟乙烯、塑料，也可以是微波介質諧振材料，后者可以提供更多的設計靈活性。本發明的液體混合腔式可調控天線通過改變探針的長度可以引起天線匹配性能和輻射方向性方面的變化，探針長度范圍為1mm-15mm。除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。附圖說明構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：圖1是本發明優選實施例的液體混合腔式可調控天線單腔結構示意圖；圖2是本發明優選實施例的液體混合腔式可調控天線雙腔結構示意圖；圖3是本發明優選實施例的液體混合腔式可調控天線雙腔結構俯視圖；圖4是本發明優選實施例的單腔結構分別注入純凈水、花生油、花生油和海水混合物、海水四種情況的阻抗匹配特性圖；圖5是本發明優選實施例的單腔結構分別注入花生油、花生油和純凈水混合物、花生油和海水混合物、海水四種情況的輻射方向圖；圖6是本發明優選實施例的雙腔結構外腔注入高度16mm海水；內腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內腔注入16mm高度的海水四種情況阻抗匹配特性圖(上述四種情況內腔均注有花生油)；圖7是本發明優選實施例的雙腔結構外腔注入高度16mm海水；內腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內腔注入16mm高度的海水四種情況輻射方向圖(上述四種情況內腔均注有花生油)；圖8是本發明優選實施例的雙腔結構外腔注入高度為5mm的海水，內腔注入高度為11mm的海水；內腔注入高度為16mm的海水；內腔注入5mm高度海水，外腔注入11mm高度海水；外腔注入16mm高度海水四種情況輻射方向圖(上述四種情況外腔均注有花生油)；圖9是本發明優選實施例的探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm阻抗匹配特性圖；圖10是本發明優選實施例的探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm輻射方向圖；圖11是本發明優選實施例的探針距離內腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm抗匹配特性圖；圖12是本發明優選實施例的探針距離內腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm輻射方向圖。圖中：1、天線，11、內腔體，12、外腔體，13、調控柱，2、饋電端，21、同軸接頭，22、探針，23，微波介質基板，24、金屬地。具體實施方式以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。參見圖1、圖2和圖3，液體混合腔式可調控天線包括空心腔體結構的天線1以及與所述天線1連接的饋電端2；所述天線1內部注入有液體；所述饋電端2包括同軸接頭21、微波介質基板23以及設置于所述微波介質基板23下方的金屬地24；所述天線1設置于微波介質基板23上方；所述同軸接頭21貫穿微波介質基板23和金屬地24設置，且所述同軸接頭21設有與所述天線1內部液體連通的探針22，所述微波介質基板23材質為FR-4，介電常數為4.3，厚度為2.2mm。所述天線1包括內腔體11、外腔體12和調控柱13；所述內腔體1設置在所述外腔體2內部空腔，所述調控柱13貫穿所述內腔體11和所述外腔體12下端通孔設置。通過拉動調控柱13可使內腔和外腔連通，所述內腔為內腔體11內部空腔，所述外腔為外腔體12內側與內腔體11外側之間環形空腔部位。所述內腔體11和外腔體12為同心圓柱腔體結構，且所述內腔體11和外腔體12材質為聚四氟乙烯。所述探針22與內腔體11圓心位置的距離為0～8mm，所述探針22長度為1.5～4.0mm。所述天線1內部液體為純凈水與花生油混合物，純凈水在下，花生油在上，構成介質諧振天線的輻射部分，微波介質基板23底部與銅制的金屬地24連接，探針22從底部饋電激勵。圖2、圖3中，外腔體12外圓半徑Rdro＝12mm，內圓半徑Rqo＝10mm；內腔體11外圓半徑Rdri＝8mm，內圓半徑Rqi＝6mm；外腔體12和內腔體11高度均為30mm，金屬地24厚度為0.035mm，微波介質基板23和金屬地24為邊長為50mm的正方形。對本發明液體混合腔式可調控天線進行詳細的設計和仿真計算，獲得了多種組合形式的性能參數，掌握了相關的關鍵物理參數對天線性能的影響趨勢和變化情況。以下從單腔、雙腔兩種結構闡述混合天線狀態和性能。圖4是在圖1單腔結構內分別注入純凈水、花生油、花生油和海水混合物、海水時測得的天線阻抗匹配特性(海水中主要溶質為氯化鈉，濃度為3.5％，海水中還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成份)，以反射系數表征，工程需求為反射系數小于等于-10dB，從圖4中可以看出，當腔體內注入花生油時，天線工作頻率最高，中心頻率為6.5GHz，注入純凈水時次之，有3.5GHz和1.8兩個頻點，注入海水時最低，為1.7GHz，而腔體內注入花生油和海水的混合物時，其工作頻點為2.45GHz，處于ISM(IndustrialScientificMedical)工業、科研和醫療領域可自由使用的頻段內。圖5是在圖1單腔結構內分別注入花生油、花生油和純凈水混合物、花生油和海水混合物、海水時測得的天線輻射方向圖(海水中主要溶質為氯化鈉，濃度為3.5％，海水中還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成份)，從圖5中可以看出，腔體內注入純凈水時，天線增益最高，方向性最強。圖6為雙腔結構外腔注入高度16mm海水；內腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內腔注入16mm高度的海水四種情況下液體混合腔式可調控天線阻抗匹配特性圖(上述四種情況內腔均注有花生油，海水中主要溶質為氯化鈉，濃度為3.5％，海水中還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成份)，工程需求為反射系數小于等于-10dB，從圖6中可以看出，在0～12GHz頻率范圍內，四種狀態下均有可工作的頻段，其中，內腔注有花生油，外腔注入高度16mm海水的工作頻率最高，為11.2GHz；內腔注入花生油和高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水狀態次之，最高頻點為10.1GHz；內腔注入花生油和高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水工作頻率最低，為3.1GHz。四種情況下，工作頻率都包括兩個或兩個以上具有一定頻率跨度的頻帶。表1給出了上述四種情況下對應的頻率特性數據，在該表中，“內腔16，外腔0”代表內腔海水高度是16mm，外腔海水高度為0(即外腔沒有海水)；“內腔11，外腔5”代表內腔注入高度為11mm海水，外腔注入高度5mm海水；“內腔5，外腔11”代表內腔注入高度5mm的海水，外腔注入高度11mm海水；“內腔0，外腔16”代表外腔注入16mm高度的海水，內腔沒有海水(上述四種情況下內腔均注有花生油)。諧振頻率是指此種液體配置下，天線工作的三個頻帶各自的中心頻點。表1天線在不同液體分布情況下的工作頻率和帶寬液體分布(mm)諧振頻率(GHz)中心頻帶頻率范圍(GHz)中心頻帶相對帶寬內腔16，外腔04.21，5.07，9.154.83-5.4311.70％內腔11，外腔54.02，5.30，6.653.45-4.4822.99％內腔5，外腔115.97，7.16，9.996.78-7.5310.48％內腔0，外腔169.28，10.29，11.1510.66-11.769.81％圖7為雙腔結構外腔注入高度16mm海水；內腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內腔注入16mm高度的海水四種情況下(頻率為10.29GHz)液體混合腔式可調控天線輻射方向圖(內腔均有花生油)。從圖7可以看出海水全在外腔，內腔沒有海水時的方向圖主瓣最窄，增益最高，而海水全在內腔，內腔沒有海水時的方向圖主瓣最寬，輻射能量最發散。圖8為雙腔結構外腔注入高度為5mm的海水，內腔注入高度為11mm的海水；內腔注入高度為16mm的海水；內腔注入5mm高度海水，外腔注入11mm高度海水；外腔注入16mm高度海水四種情況輻射方向圖(上述四種情況外腔均注有花生油)；圖9探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm阻抗匹配特性圖，從圖9可以看出，探針越短，天線工作頻率越高，但并沒有呈現線性增加的規律；探針長度越長，得到的最優反射系數數值越小，即阻抗匹配特性越好。圖10是探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm輻射方向圖，探針長度4.0mm時，增益最高。圖11為探針距離內腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm抗匹配特性圖，四種狀態探針分別處于內腔體圓心、內腔體液體中、內腔體固體介質中及內腔體外壁與外腔液體交界面出，四種情況下，反射系數差別較大，但都能獲得一定的工作頻帶。圖12為探針距離內腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm輻射方向圖，四種情況下，天線最大輻射方向發生了改變，增益的具體數值也有所差異。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3