一种伸缩式频率可重构液态金属天线及该天线的制备方法技术

一种伸缩式频率可重构液态金属天线及该天线的制备方法，涉及无线通信技术领域。本发明专利技术是为了解决传统的固态金属天线容易发生断裂、搭载数量增多、信号干扰严重，液态金属天线工作频率不稳定的问题。本发明专利技术所述的一种伸缩式频率可重构液态金属天线，弹力体底面开有两条微流体通道，底部弹力薄膜贴合在弹力体底部，每条微流体通道的两端各开有一个孔，微流体通道通过孔与弹力体的上表面连通，所有孔共线，两条微流体通道中均填充有液态金属，两条导体连接线的一端共同通过射频同轴线与SMA转接器电气连接，两条导体连接线的另一端分别穿过一个孔并置于液态金属中，两条导体连接线穿过的孔为相邻并分别位于两条微流体通道上的孔。

A retractable Frequency Reconfigurable liquid metal antenna and method for preparing the antenna

The invention relates to a telescopic Frequency Reconfigurable liquid metal antenna and a preparation method of the antenna, and relates to the technical field of wireless communication. The invention aims to solve the problems that the traditional solid-state metal antenna is liable to break, the number of carriers increases, the signal interference is serious, and the working frequency of the liquid metal antenna is unstable. A retractable Frequency Reconfigurable liquid metal antenna is described in the invention. There are two microfluidic channels at the bottom of the elastic body. The elastic film at the bottom of the elastic body is attached to the bottom of the elastic body. Each microfluidic channel has a hole at both ends. The microfluidic channel is connected with the upper surface of the elastic body through the hole. All the holes are collinear and two microfluidics are formed. The body channel is filled with liquid metal. One end of the two conductor connecting wires is electrically connected to the SMA adapter through the RF coaxial line. The other end of the two conductor connecting wires passes through a hole and is placed in the liquid metal. The holes passed by the two conductor connecting wires are adjacent to each other and are located on two microfluidic channels respectively.

【技术实现步骤摘要】
一种伸缩式频率可重构液态金属天线及该天线的制备方法
本专利技术属于无线通信

技术介绍
近年来，随着科技的迅猛发展，无线信息传输技术在人类社会的发展中发挥着越来越重要的作用。在国防军事领域，随着当代军事应用系统持续的发展，想要实现导航警戒、通信制导、电子情报等一系列功能，飞行器和舰船上搭载的天线的数目和品种不断增多，天线所要应用的空间也随之增多，各类天线之间的相互干扰也愈加严重。而大多数天线的单一性和静态形状限制了天线的性能。发展多功能、省空间、高质量、可隐藏的天线是未来天线设计的方向。在民用领域，涌现了通信移动、导航和卫星的定位、WiFi、RFID标签、监测系统等一系列新型技术，而这些技术都依赖于天线技术。由于人们日益增长的生活需求，更希望天线在多个频段，实现多功能、多工作模式的信号传输，如果按照传统天线的设计模式，必然会带来天线的数量增长。因此必须通过天线可重构以实现天线的小型化、轻质量、低成本以及电磁兼容等特点。二极管技术与微机电系统的不断涌现，更深层次地实现了可重构天线的研究。这种方法通常涉及机械或电气开关等电路元件在几个位置修改设备上的当前分布，有选择地连接断开天线的导电段，并更改它的射频属性。然而，这种本地化的加载只可以实现有限数量和有限范围的状态。而其他电路元件的引入增加了系统复杂性，限制了设备拓扑。液态金属天线由于其良好的具有很好的流动性和导电性，在制作天线方面有独特的优势，然而液态金属也存在不易控制等问题，导致在拉伸过程中工作频率不稳定。设计出可拉伸并且频率可调控的液态金属天线成为目前面临的主要问题。
技术实现思路
本专利技术是为了解决传统的固态金属天线容易发生断裂、搭载数量增多、信号干扰严重，液态金属天线工作频率不稳定的问题，现提供一种柔韧性和耐用性较好的液态金属天线，实现了频率的可重构。一种伸缩式频率可重构液态金属天线，其特征在于，包括：弹力体2.4、底部弹力薄膜2.7、两条导体连接线和SMA转接器2.12；弹力体2.4底面开有两条微流体通道2.6，底部弹力薄膜2.7贴合在弹力体2.4底部，每条微流体通道2.6的两端各开有一个孔2.5，微流体通道2.6通过孔2.5与弹力体2.4的上表面连通，所有孔2.5共线，两条微流体通道2.6中均填充有液态金属2.8，两条导体连接线的一端共同通过射频同轴线2.9与SMA转接器2.12电气连接，两条导体连接线的另一端分别穿过一个孔2.5并置于液态金属2.8中，两条导体连接线穿过的孔2.5为相邻并分别位于两条微流体通道2.6上的孔。一种伸缩式频率可重构液态金属天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在制备模具上填充液态弹性材料，待其固化后取出，获得底面具有两条微流体通道2.6的弹力体2.4；步骤二：利用等离子键合工艺在弹力体2.4的底部贴合一层底部弹力薄膜2.7，使得两条微流体通道2.6的开口密封；步骤三：在每条微流体通道2.6的两端分别开一个孔2.5，该孔2.5能够使微流体通道2.6与弹力体2.4上表面连通，且所有孔2.5共线；步骤四：通过孔2.5向微流体通道2.6内注入液态金属2.8；步骤五：将两根导体连接线的一端分别插入两个孔2.5中，所述两个孔2.5分别位于两个微流体通道2.6上且相邻，两根导体连接线的另一端同时通过射频同轴线2.9与SMA转接器2.12电气连接。本专利技术具备以下有益效果：同传统技术相比，本专利技术能够保证液态金属天线在拉伸过程中实现液态金属天线长度的增加，形变恢复时实现天线长度减小，从而实现天线频率连续可逆的大范围调节。液态金属独有的自修复性能保证天线的连续性。本专利技术能够实现频率大范围连续可逆调节，即频率的可重构。天线所用液态金属材料具有良好的流动性和自我修复能力，可随通道自由伸缩而不会发生断裂。本专利技术液态金属天线属于柔性电子器件，可以贴在人体皮肤等各种复杂弹性物体表面，有望应用于医疗健康预测、航空航天、军事武器等各个领域。附图说明图1为一种伸缩式频率可重构液态金属天线工作工作状态下的示意图；图2为一种伸缩式频率可重构液态金属天线的制备流程图，其中(a)表示掩模的图案，(b)表示硅胶模具上涂覆SU-8负型紫外光胶后刻蚀出的图样，(c)表示弹塑性材料液态PDMS混合物倒入模具上，(d)表示底部朝上的弹力体，(e)表示等离子体处理表面后，弹力体与底部弹力薄膜贴合，(f)表示通过孔向微流体通道内注入液态金属，(g)表示接入与SMA转接器相连的外导体连接线和内导体连接线；图3为具体实施方式一中液态金属天线拉伸为不同长度时反射系数与天线频率的关系曲线图；图4为具体实施方式三中液态金属天线拉伸为不同长度时反射系数与天线频率的关系曲线图；图5为具体实施方式一中液态金属天线拉伸过程中共振频率与拉伸后天线长度的关系图；图6为具体实施方式三中液态金属天线拉伸过程中共振频率与拉伸后天线长度的关系图；1.1天线本体、1.2丝杠、1.3定位销、1.4下定位块、1.5上压块、1.6紧固螺栓、1.7螺母、1.8手柄、2.1掩膜、2.2硅胶模具、2.3液态PDMS混合物、2.4弹力体、2.5孔、2.6微流体通道、2.7底部弹力薄膜、2.8液态金属、2.9射频同轴线、2.10外导体连接线、2.11内导体连接线、2.12SMA转接器。具体实施方式具体实施方式一：参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种伸缩式频率可重构液态金属天线，包括：尺寸为60mm×9mm×1mm的弹力体2.4、尺寸为60mm×9mm×2mm的底部弹力薄膜2.7、两条导体连接线和SMA转接器2.12；弹力体2.4的材料为聚二甲基硅氧烷PDMS、硅胶、Ecoflex、聚乙烯或聚乙烯醇等其他高弹性材料的一种或多种组合，PDMS材料在本实例中选用美国道康宁公司提供的Sylgard184聚合物，在常温环境下按比例配制。弹力体2.4底面开有两条微流体通道2.6，微流体通道2.6的横截面为矩形或圆形等多种形状，长度方向上亦不拘泥于直线形，可为折线、正弦曲线等多种，同时初始长度也可以为变值。底部弹力薄膜2.7贴合在弹力体2.4底部，每条微流体通道2.6的两端各开有一个Φ0.5mm的孔2.5，即，整个天线上共有四个孔2.5，微流体通道2.6通过孔2.5与弹力体2.4的上表面连通，所有孔2.5共线。两条微流体通道2.6中均填充有液态金属2.8，液态金属2.8为镓基合金、铟基合金或铋基合金，本实施方式液态金属2.8采用质量分数为68.5％的镓、22.5％的铟和10％的锡组成的镓基合金，其熔点为-19℃，适用温度范围广。两条导体连接线的一端共同通过射频同轴线2.9与SMA转接器2.12电气连接，两条导体连接线的另一端分别穿过一个孔2.5并置于液态金属2.8中，两条导体连接线穿过的孔2.5为相邻并分别位于两条微流体通道2.6上的孔，射频同轴线2.9及SMA转接器2.12用来馈电。在实际应用时，还需要配合夹具，所述夹具包括：丝杠1.2、两个定位销1.3和两组定位部；两组定位部分别位于液态金属天线1.1的两端，用于上下夹持液态金属天线1.1，两组定位部通过丝杠1.2调节相互之间的距离，两个定位销1.3用于对两组定位部定位。定位部包括下定位块1.4和上压块1.5，下定位块1.4上开有两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伸缩式频率可重构液态金属天线，其特征在于，包括：弹力体(2.4)、底部弹力薄膜(2.7)、两条导体连接线和SMA转接器(2.12)；弹力体(2.4)底面开有两条微流体通道(2.6)，底部弹力薄膜(2.7)贴合在弹力体(2.4)底部，每条微流体通道(2.6)的两端各开有一个孔(2.5)，微流体通道(2.6)通过孔(2.5)与弹力体(2.4)的上表面连通，所有孔(2.5)共线，两条微流体通道(2.6)中均填充有液态金属(2.8)，两条导体连接线的一端共同通过射频同轴线(2.9)与SMA转接器(2.12)电气连接，两条导体连接线的另一端分别穿过一个孔(2.5)并置于液态金属(2.8)中，两条导体连接线穿过的孔(2.5)为相邻并分别位于两条微流体通道(2.6)上的孔。

【技术特征摘要】
1.一种伸缩式频率可重构液态金属天线，其特征在于，包括：弹力体(2.4)、底部弹力薄膜(2.7)、两条导体连接线和SMA转接器(2.12)；弹力体(2.4)底面开有两条微流体通道(2.6)，底部弹力薄膜(2.7)贴合在弹力体(2.4)底部，每条微流体通道(2.6)的两端各开有一个孔(2.5)，微流体通道(2.6)通过孔(2.5)与弹力体(2.4)的上表面连通，所有孔(2.5)共线，两条微流体通道(2.6)中均填充有液态金属(2.8)，两条导体连接线的一端共同通过射频同轴线(2.9)与SMA转接器(2.12)电气连接，两条导体连接线的另一端分别穿过一个孔(2.5)并置于液态金属(2.8)中，两条导体连接线穿过的孔(2.5)为相邻并分别位于两条微流体通道(2.6)上的孔。2.根据权利要求1所述的一种伸缩式频率可重构液态金属天线，其特征在于，还包括夹具，所述夹具包括：丝杠(1.2)、两个定位销(1.3)和两组定位部；两组定位部分别位于液态金属天线(1.1)的两端，用于上下夹持液态金属天线(1.1)，两组定位部通过丝杠(1.2)调节相互之间的距离，两个定位销(1.3)用于对两组定位部定位。3.根据权利要求2所述的一种伸缩式频率可重构液态金属天线，其特征在于，定位部包括下定位块(1.4)和上压块(1.5)，液态金属天线(1.1)位于下定位块(1.4)和上压块(1.5)之间，下定位块(1.4)和上压块(1.5)之间的距离通过紧固螺栓(1.6)和螺母(1.7)调节。4.根据权利要求1、2或3所述的一种伸缩式频率可重构液态金属天线，其特征在于，两条导体连接线分别为外导体连接线(2.10)和内导体连接线(2.11)。5.根据权利要求1、2或3所述的一种伸缩式频率可重构液态金属天线，其特征在于，微流体通道(2.6)的横截面为矩形或圆形。6.根据权利要求1、2或3所述的一种伸缩式频率可...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永江，杨智琴，林澍，李梦婉，曹福洋，宁志良，邢大伟，孙剑飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23