基于旋轉機構的液態金屬螺旋天線的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種天線，具體為一種基于旋轉機構的液態金屬螺旋天線。
【背景技術】
[0002] 天線作為一種用來發射或接收無線電波的部件，在無線通信系統中起到了舉足 輕重的作用，是無線通信系統中不可缺少的組成部分。隨著無線通信飛速發展，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 樣的需求，可重構天線的概念被提出并得到蓬勃發展。極化可重構天線對于多徑效應造成 的信號衰落能夠消除，同時可W提高系統對干擾信號的免疫能力W及頻譜利用率與通信 系統的容量，因此得到廣泛研究。
【發明內容】
[0003] 本發明針對W上問題的提出，而研制一種基于旋轉機構的液態金屬螺旋天線。
[0004] 本發明的技術手段如下： 陽〇化]一種基于旋轉機構的液態金屬螺旋天線，包括：介質支撐體、螺旋福射體、饋電匹 配體、接地板和射頻同軸接頭；所述介質支撐體為設置在所述接地板上的圓錐臺結構；所 述饋電匹配體貼附在所述介質支撐體外壁下部；所述射頻同軸接頭包括同軸設置的外導體 和內導體；所述外導體連接所述接地板；所述內導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的液態金屬；所述螺旋管的起始端貼附在所述 饋電匹配體上，并自下而上螺旋環繞于所述介質支撐體外壁上；所述液態金屬螺旋天線還 包括：用于帶動所述介質支撐體和接地板旋轉的旋轉機構、置于所述介質支撐體上方的上 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 所述介質支撐體一起旋轉；
[0006] 進一步地，所述液態金屬螺旋天線還包括下固定板；所述旋轉機構包括放置在所 述下固定板上的電機和基座、與所述電機的轉軸相連接的主動輪、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、接地板和介質支撐體；所述電機帶動所述主動輪轉動，所述 主動輪通過傳動皮帶帶動所述從動輪轉動，所述中軸隨所述從動輪一起轉動；在所述中軸 的帶動下，所述介質支撐體和接地板旋轉；
[0007] 進一步地，所述介質支撐體外壁上對稱設置有左旋螺旋槽和右旋螺旋槽；在所述 旋轉機構的帶動下，所述螺旋福射體能夠左旋或右旋轉動，并最后布設于左旋螺旋槽中或 右旋螺旋槽中；
[000引進一步地，所述螺旋天線由具備同種結構、且參數方程為 的螺旋天線在縱向方向上的某一位置截斷得到，該 位置為螺旋管環繞過程中弧度變化值t等于預設值處；參數方程中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、a。為螺旋起始升角、a 1為螺旋終止升角、t 為螺旋管環繞過程中弧度變化值，變化范圍為O《t《2 JT N ;
[0009] 進一步地，所述螺旋管由聚二甲基硅氧烷材料制成；
[0010] 進一步地，所述液態金屬為嫁銅合金；
[0011] 進一步地，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] 進一步地，所述饋電匹配體為矩形結構；通過調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天線阻抗匹配；
[0013] 進一步地，使用天線時，將液態金屬注射入所述螺旋管內，并在所述螺旋管的起始 端和末端均預留出未注射有液態金屬的一定空間，然后采用發泡聚乙締將所述一定空間填 充；在不使用天線時，將螺旋管內的液態金屬抽取出來。
[0014] 由于采用了上述技術方案，本發明提供的基于旋轉機構的液態金屬螺旋天線，本 發明可應用于海事衛星通信，具有極化可重構、重量輕、帶寬寬、低剖面等優點。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發明所述螺旋天線的結構示意圖；
[0016] 圖2是截斷前的螺旋天線結構示意圖；
[0017] 圖3是本發明所述左旋螺旋槽和所述右旋螺旋槽的結構示意圖；
[0018]圖4-a是本發明螺旋天線左旋轉動后的軸比隨工作頻率的變化曲線圖；
[0019] 圖4-b是本發明螺旋天線右旋轉動后的軸比隨工作頻率的變化曲線圖；
[0020] 圖5-a是本發明螺旋天線左旋轉動后的反射系數隨工作頻率的變化曲線圖；
[0021] 圖5-b是本發明螺旋天線右旋轉動后的反射系數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是本發明螺旋天線在中屯、頻率1600MHz時的方向性 圖。
[0023] 圖中：1、介質支撐體，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，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、液態金屬，51、外導體，52、內導體。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1、圖2和圖3所示的一種基于旋轉機構的液態金屬螺旋天線，包括：介質支 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;所述介質支撐體1為設置 在所述接地板4上的圓錐臺結構；所述饋電匹配體3貼附在所述介質支撐體1外壁下部；所 述射頻同軸接頭5包括同軸設置的外導體51和內導體52;所述外導體51連接所述接地板 4 ;所述內導體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內的液態金屬22 ;所述螺旋管21的起始端貼附在所述饋電匹配體3上，并 自下而上螺旋環繞于所述介質支撐體1外壁上；所述液態金屬螺旋天線還包括：用于帶動 所述介質支撐體1和接地板4旋轉的旋轉機構、置于所述介質支撐體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 所述介質支撐體1 一起旋轉；進一步地，所述液態金屬螺旋天線還包括下固定板7 ;所述旋 轉機構包括放置在所述下固定板7上的電機8和基座9、與所述電機8的轉軸相連接的主動 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和介質支撐體1 ;所述電機8帶動所述主動輪10轉動，所述主動輪10通過傳動皮帶12帶 動所述從動輪11轉動，所述中軸13隨所述從動輪11 一起轉動；在所述中軸13的帶動下， 所述介質支撐體1和接地板4旋轉；進一步地，所述介質支撐體1外壁上對稱設置有左旋螺 旋槽14和右旋螺旋槽15 ;在所述旋轉機構的帶動下，所述螺旋福射體2能夠左旋或右旋轉 動，并最后布設于左旋螺旋槽14中或右旋螺旋槽15中；進一步地，所述螺旋天線由具備同 種結構、且參數方程為
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環繞過程中弧度變化值t等于預設值處；參數方程 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、a。為螺旋起始升 角、a 1為螺旋終止升角、t為螺旋管環繞過程中弧度變化值，變化范圍為0《t《23iN;進 一步地，所述螺旋管21由聚二甲基硅氧烷材料制成；進一步地，所述液態金屬22為嫁銅合 金；進一步地，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；進一步 地，所述饋電匹配體3為矩形結構；通過調整所述饋電匹配體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天線阻抗匹配；進一步地，使用天線時，將 液態金屬22注射入所述螺旋管21內，并在所述螺旋管21的起始端和末端均預留出未注射 有液態金屬22的一定空間，然后采用發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內的液態金屬22抽取出來。
[00巧]本發明所述接地板4在射頻同軸接頭5處設有通孔；所述內導體52底端穿過所 述通孔；實際設計時，所述螺旋管21外徑可取值為6mm、內徑取值為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，利于天線的可重構性； 所述液態金屬22采用嫁銅合金巧Gain)，其烙點低、常溫下呈現液態、接觸空氣會形成氧化 表層，進而不再流動、具有天線需要的所有電子特性、彈性大于銅等固態金屬、能夠很好地 接收信號、反復彎折也不會導致材料疲勞、具有自我修復能力、W及具備實現可重構天線的 特質；所述介質支撐體1可W采用發泡聚乙締材料制成，實際設計時介質支撐體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 ;本發明所述螺旋天線 由具備同種結構、且參數方程為 的螺旋天線在縱 向方向上的某一位置截斷得到，該位置為螺旋管環繞過程中弧度變化值t等于預設值處，