一种可调谐的甚低频磁电天线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可调谐的甚低频磁电天线及其制备方法。所述甚低频磁电天线包括压电层、磁致伸缩层、铝板、永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ，所述磁致伸缩层包括第一磁致伸缩层和第二磁致伸缩层，分别设置在压电层上下两侧；所述压电层与磁致伸缩层通过环氧树脂粘结形成复合结构；所述复合结构的一端固定有永磁体Ⅱ，另一端固定有铝板，铝板远离复合结构的一侧固定有永磁体Ⅰ。本发明专利技术通过将永磁体与压电材料和磁致伸缩材料形成的复合结构相配合，在复合结构的两端均设置永磁体，协同铝板构造的悬臂梁结构，可以在调节磁电天线谐振频率的同时，借助于磁电复合材料谐振工作时带动永磁体的振动，从而提高了磁电天线的定向辐射性能。提高了磁电天线的定向辐射性能。提高了磁电天线的定向辐射性能。

【技术实现步骤摘要】
一种可调谐的甚低频磁电天线及其制备方法


[0001]本专利技术涉及低频长波通讯领域，尤其涉及一种可调谐的甚低频磁电天线及其制备方法。

技术介绍

[0002]天线是一种附有导行波与自由空间波互相转换区域的结构，按照辐射机理的不同，可以将天线分为传统天线和机械天线两大类。传统天线依赖于谐振电路和振荡电流，通过电荷的加速运动向外辐射电磁波，由此带来的问题是天线辐射能力受天线电尺寸的限制，例如，工作在甚低频的传统天线体积庞大、功耗大、辐射效率低且需要庞大的阻抗匹配。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种可调谐的甚低频磁电天线及其制备方法。本专利技术所述甚低频磁电天线基于应变驱动式磁电天线新原理，结合磁电天线谐振时带动永磁体振动实现辐射性能的增益有望实现甚低频通信系统的突破，相较于传统天线，在体积、功耗、辐射效率等方面优势明显。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种可调谐的甚低频磁电天线，所述甚低频磁电天线包括压电层、磁致伸缩层，所述磁致伸缩层包括第一磁致伸缩层和第二磁致伸缩层，分别设置在压电层上下两侧；所述压电层与磁致伸缩层通过环氧树脂粘结形成复合结构。
[0006]进一步地，所述甚低频磁电天线还包括铝板，所述铝板通过树脂粘接于复合结构的一端。
[0007]进一步地，所述甚低频率磁电天线还包括铝板、永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ，所述复合结构的一端固定有永磁体Ⅱ，另一端固定有铝板，铝板远离复合结构的一侧固定有永磁体Ⅰ。
[0008]进一步地，所述第一磁致伸缩层和第二磁致伸缩层的表面均用银浆引出一根导线。
[0009]一种可调谐的甚低频磁电天线，所述甚低频磁电天线包括压电层、磁致伸缩层、铝板，所述磁致伸缩层设置在压电层上下两侧；所述压电层与磁致伸缩层通过环氧树脂粘结形成复合结构；所述铝板通过树脂粘接于复合结构的一端；所述磁致伸缩层的表面用银浆引出两根导线。
[0010]一种可调谐的甚低频磁电天线，所述甚低频磁电天线包括压电层、磁致伸缩层、铝板、永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ，所述磁致伸缩层设置在压电层上下两侧；所述压电层与磁致伸缩层通过环氧树脂粘结形成复合结构；所述铝板通过树脂粘接于复合结构的一端，所述复合结构的一端固定有永磁体Ⅱ，另一端固定有铝板，铝板远离复合结构的一侧固定有永磁体Ⅰ。所述磁致伸缩层的表面用银浆引出两根导线。
[0011]进一步地，所述永磁体1和永磁体2均为圆柱体，永磁体1的底圆直径大于永磁体2的底圆直径。
[0012]进一步地，所述压电层的材料为锆钛酸铅基压电材料、铌镁酸铅基压电材料、钛酸钡基压电材料或铌酸钾钠基压电材料中的一种。
[0013]进一步地，所述压电层的材料为锆钛酸铅基压电材料，所述锆钛酸铅基压电材料为PZT
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4。
[0014]进一步地，所述磁致伸缩层的材料为Metglas、Terfenol
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D、FeGa或FeCoB。
[0015]进一步地，所述磁致伸缩层的材料为Metglas，所述磁致伸缩层包括20个Metglas片层；Metglas片层的厚度为21μm。
[0016]进一步地，所述永磁体的材料为铁铬钴系永磁合金、铝镍钴系永磁合金、铁氧体永磁材料、钕铁硼系永磁合金中的一种或多种。
[0017]进一步地，所述永磁体的材料为钕铁硼磁铁。
[0018]进一步地，所述永磁体的厚度为1.5～2.5mm，优选2mm。
[0019]进一步地，表面用银浆引出两根导线，所述银浆涂覆于磁致伸缩层的远离压电层的一面；银浆的厚度为50μm。
[0020]进一步地，所述压电层的厚度为2mm。
[0021]进一步地，所述甚低频是指频率为3kHz～30kHz。
[0022]进一步地，铝板侧永磁体Ⅰ直接通过环氧树脂粘接在铝板上，自由端永磁体Ⅱ直接粘接固定在磁电复合结构上。
[0023]一种上述可调谐的甚低频磁电天线的制备方法，包括如下步骤：
[0024](1)配置环氧树脂，备用；
[0025](2)将制备的环氧树脂涂覆与磁致伸缩材料之间，制备得到第一磁致伸缩层，重复上述工艺得到第二磁致伸缩层，固化后备用；
[0026](3)将第一磁致伸缩材料层与第二磁致伸缩材料层对称的粘接在压电材料上下表面，抽真空去除多余树脂，得到复合结构；
[0027](4)用环氧树脂将复合结构的一端与铝板固定，另一端固定永磁体Ⅱ。将永磁体Ⅰ固定于铝板远离复合结构的一侧，最后在复合结构的上下表面涂导电银浆，上下表面的银浆层各引出一根导线，得到甚低频磁电天线。
[0028]本专利技术所制备的磁电天线是机械天线的一种，其通过压电材料的逆压电效应实现电能
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机械能转换，然后压电材料通过耦合界面将机械能传递至磁致伸缩层，再通过磁致伸缩材料的压磁效应诱导磁矩变化来产生电磁辐射。由于磁电天线利用声波谐振的方式取代电磁谐振，且声波的波速远小于电磁波波速，故在相同频率下，磁电天线比传统天线更易实现小型化，实现天线尺寸与电磁波波长的解耦。除此之外，工作在谐振态的磁电天线阻抗自动接近50Ω，无需复杂的阻抗匹配，在低频长波通讯领域更具优势。
[0029]由于磁致伸缩材料的强非线性，在实际使用时需要为其提供偏置磁场，以确保其处于线性工作区域。具体为：磁电复合材料两端的永磁体具有较高的剩余磁感应强度，通过调节永磁体的尺寸控制两永磁体间的磁场大小，从而确立最佳的偏置磁场实施条件。
[0030]本专利技术限定了铝板固定端的永磁体1的底圆直径大于自由端永磁体Ⅱ，因为自由端的永磁体是紧贴着磁电材料的，越靠近永磁体，磁场越大。而固定端有铝板的的存在，磁电材料不是紧贴着永磁体，所以铝板侧永磁体要选的半径大一些，确保了两端可提供较为均匀的磁场。
[0031]本专利技术有益的技术效果在于：
[0032]本专利技术通过将永磁体与压电材料和磁致伸缩材料形成的复合结构相配合，通过在复合结构的两端均设置永磁体，协同铝板构造的悬臂梁结构，可以在调节磁电天线谐振频率的同时，借助于磁电复合材料谐振工作时带动永磁体的振动，从而提高了磁电天线的定向辐射性能。
[0033]本申请所用磁致伸缩材料中，Metglas由于具有高磁导率、高压磁系数、低损耗，组装成器件时，相较于其它备选材料例如Terfenol
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D或FeGa合金，仅需提供较小的偏置磁场即可达到最优偏置磁场，从而有效减少器件体积并取得较高性能。所用压电材料中，PZT
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4具有较其他压电材料更优的机械品质因素和较高的退极化温度，契合磁电天线需要在谐振态工作的条件，保证器件的优异性能和稳定性。本专利技术所用永磁体不仅能提供偏置磁场、调节谐振频率，还能进一步提高磁电天线的定向辐射性能。
附图说明
[0034]图1为本专利技术所述磁电复合结构示意图。
[0035]图中：1、磁致伸缩层；2、压电层。
[0036]图2为本专利技术可调谐的甚低频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可调谐的甚低频磁电天线，其特征在于，所述甚低频磁电天线包括压电层、磁致伸缩层；所述磁致伸缩层包括第一磁致伸缩层和第二磁致伸缩层，分别设置在压电层上下两侧；所述压电层与磁致伸缩层通过环氧树脂粘结形成复合结构。2.根据权利要求1所述的甚低频磁电天线，其特征在于，所述甚低频磁电天线还包括铝板，所述铝板通过树脂粘接于复合结构的一端。3.根据权里要求1所述的甚低频磁电天线，其特征在于，所述甚低频率磁电天线还包括铝板、永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ，所述复合结构的一端固定有永磁体Ⅱ，另一端固定有铝板，铝板远离复合结构的一侧固定有永磁体Ⅰ。4.根据权利要求1所述的甚低频磁电天线，其特征在于，所述第一磁致伸缩层和第二磁致伸缩层的表面均通过银浆引出一根导线。5.根据权利要求1所述的甚低频磁电天线，其特征在于，所述压电层的材料为锆钛酸铅基压电材料、铌镁酸铅基压电材料、钛酸钡基压电材料或铌酸钾钠基压电材料。6.根据权利要求1所述的甚低频磁电天线，其特征在于，所述压电层的材料为锆钛酸铅基压电材料，所述锆钛酸铅基压电材料为PZT
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4。7.根据权利要求1所述的甚低频磁电天线，其特征在于，所述磁致伸缩层的材...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪尧进，蒋涛，吴瀚舟，刘震，程佳伟，符士锋，宋雅婷，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：