一种频率与极化可重构的微流控天线制造技术

本发明专利技术公开了一种频率与极化可重构的微流控天线，包括液态金属位置、液态金属位置、液态金属位置，液态金属EGaIn、介质基板、金属贴片、微流控驱动装置、导线、上电极、下电极、弹性薄膜、绝缘环，气腔、通气孔和微流道，金属贴片在介质基板的上层，金属贴片包括与微带馈线连接的主辐射贴片和枝节贴片，通过微流控驱动技术控制液态金属移动，连接或断开不同辐射枝节，以实现频率与极化重构。本发明专利技术利用共面波导馈电和微带线传输实现频率与极化特性，结合了微带线损耗低、波导馈电带宽较宽的优势，轴比小，大范围覆盖了5G sub

【技术实现步骤摘要】
一种频率与极化可重构的微流控天线


[0001]本专利技术涉及一种频率与极化可重构的微流控天线，属于通信


技术介绍

[0002]目前，无线通信和物联网等新兴应用技术的快速发展导致了对满足苛刻的多波段应用的紧凑型无线通信系统的巨大需求，具有宽带频率可重构的天线是实现这一目标的重要器件。在复杂多变的环境下工作，极化是决定接收天线捕获功率水平的关键因素。在用户携带随机方向设备的无线通信系统中，如果发射和接收天线都是单极化，很容易发生极化失配，导致功率效率降低。在最坏的情况下，如果发射天线和接收天线是正交方向的线偏振(LP)或旋转方向相反的圆偏振(CP)，极化状态可能完全不匹配。多极化可重构天线可解决此类无线通信中极化失配的问题。近年来，随着无线通信的发展，5G sub
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GHz波段(4.4GHz
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5 GHz)和ITU波段(7.7GHz
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8.1GHz)有广泛开发前景。在馈电方式中，共面波导技术(CPW)馈电具有体积小、宽频带、单金属层的特点，使它便于获得线极化、圆极化和多频段工作等性能；又由于共面波导技术(CPW)馈电的平面天线具有辐射损耗低、色散小、易于集成半导体器件、易于与边缘馈电连接器组装等优点，成为了近年来天线设计的一个重要研究热点。
[0003]天线的可重构性通常使用半导体器件来完成，如变极管、二极管或晶体管，但是，在发射路径上会引入失真或在无线链接的接收路径上降低噪声比，尤其是高频段，且不适合高功率工作。微电子机械系统(MEMS)也常被用于可重构天线，但工作电压高，且其平均故障时间低于半导体器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，提供了一种频率与极化可重构的微流控天线，该微流控天线通过表面的微带传输、金属辐射贴片的共面波导效果增加带宽，通过微流控驱动技术移动金属液滴以连接或断开不同金属枝节，利用液态金属的高导电率和流动性以及微流控驱动技术实现天线的频带与极化可重构，支持高功率输入，噪音低，寿命高于MEMS天线，且小而薄、结构简单、操作方便。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种频率与极化可重构的微流控天线，该微流控天线包括液态金属位置1、液态金属位置2、液态金属位置3，液态金属EGaIn4、介质基板5、金属贴片6、微流控驱动装置7、导线8、上电极9、下电极10、弹性薄膜11、绝缘环12，气腔13、通气孔14和微流道15。金属贴片6在介质基板5的上层。金属贴片6包括与微带馈线连接的主辐射贴片以及控制频率和极化重构的枝节贴片，通过微流控驱动控制液态金属移动，连接或断开不同辐射枝节。所述微流控驱动装置7包括导线8、上电极9、下电极10、弹性薄膜11、绝缘环12、气腔13、通气孔14和微流道15；所述上电极9尺寸大于所述下电极10尺寸，且下电极10周围设有绝缘环12，绝缘环12的厚度略大于下电极10的厚度；所述上电极9与所述弹性薄膜11的上表面相粘连；所述上电极9和所述下电极10均为金属箔片，且分别连
接有导线8；所述微流道15横截面是矩形，且其内密封有氮气和液态金属EGaIn 4，所述液态金属EGaIn 4位于所述氮气之间，所述微流道15的一端与所述微流控驱动装置7的气腔13通过通气孔14连通，另一端密封。
[0006]进一步的，本专利技术微流控天线由液态金属EGaIn 4、介质基板5、金属贴片6和微流控驱动装置7组成。位于表层的金属贴片包含主辐射贴片和枝节，且特定枝节之间通过微流控驱动装置7驱动液态金属EGaIn 4改换位置来连结或断开。在介质基板5上分别开有长1mm、宽4mm、深0.1mm，长为1mm、宽为4.5mm、深为0.1mm和长1mm、宽4mm、深0.1mm的三个流道。微流控驱动装置7包括导线8、上电极9、下电极10、弹性薄膜11、绝缘环12、气腔13、通气孔14和微流道15。
[0007]进一步的，本专利技术所述主辐射贴片由8个矩形几何拼接组成，其尺寸分别为长5.8mm、宽3.2mm；长5.2mm、宽1.5mm；长1.5mm、宽1.7mm；长3mm、宽2mm；长3mm、宽6.5mm；长24mm、宽2mm；长21mm、宽1.5mm；长2mm、宽14mm。所述金属辐射枝节包括上端、中端和下端枝节。本专利技术包括上端枝节贴片、中端枝节贴片和下端枝节贴片。上端枝节贴片呈L形，由长2mm，宽1.5mm和长15mm，宽1.5mm的矩形金属箔片组成；所述中端枝节贴片由长3.7mm，宽1.5mm的矩形金属箔片组成。本专利技术下端枝节贴片呈L形，由长1.5mm，宽2.8mm和长3.5mm，宽1.5mm的矩形金属箔片组成。
[0008]进一步的，本专利技术通过微流控驱动装置7施加电压可以驱动液态金属EGaIn 4变换位置，进而连接或断开不同的金属枝节，实现工作频带和极化的动态调控。频带和极化有如下四种可重构状态，具体包括：
[0009]状态1：位置1有液态金属，使相应位置的金属枝节连结；位置2无液态金属，对应金属枝节断开；位置3无液态金属，对应金属枝节断开，如图9(a)所示。此时天线为线极化，工作在4.4～5GHz波段内。
[0010]状态2：位置1有液态金属，使相应位置的金属枝节连结；位置2有液态金属，使相应位置的金属枝节连结；位置3无液态金属，对应金属枝节断开，如图9(b)所示。此时天线为圆极化，工作在4.4～5GHz波段内。
[0011]状态3：位置1无液态金属，对应金属枝节断开；位置2有液态金属，使相应位置的金属枝节连结；位置3无液态金属，对应金属枝节断开，如图9(c)所示。此时天线为线极化，工作在7.7～8.5GHz波段内。
[0012]状态4：位置1无液态金属，对应金属枝节断开；位置2有液态金属，使相应位置的金属枝节连结；位置3有液态金属，使相应位置的金属枝节连结，如图9(d)所示。此时天线为圆极化，工作在7.7～8.5GHz波段内。
[0013]进一步的，本专利技术所述介质基板5为介电常数2.2、正切损耗角为0.0007的聚四氟乙烯玻璃布覆铜箔板F4BM220。
[0014]进一步的，本专利技术所述介质基板5为长28mm，宽22mm，厚度1.5mm的长方体。
[0015]进一步的，本专利技术有益效果：
[0016]1、本专利技术利用共面波导馈电和微带线传输实现天线的频率特性和极化特性，很好地结合了微带线损耗低、波导馈电带宽较宽的两大优势，且轴比小，大范围覆盖了5G sub
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GHz波段和ITU波段。
[0017]2、本专利技术结合微流控，通过微流控驱动技术控制液态金属移动，连接或断开不同
辐射枝节，实现了天线的频率重构或极化重构。
[0018]3、本专利技术轻薄而微小、结构简单、操作方便、支持高功率输入、噪音低，寿命高、带宽宽、轴比小、极化性能优。
附图说明
[0019]图1为频率与极化可重构的微流控天线介质基板上部分结构示意图。
[0020]标识说明：1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种频率与极化可重构的微流控天线，其特征在于：所述微流控天线包括液态金属位置(1)、液态金属位置(2)、液态金属位置(3)，液态金属EGaIn(4)、介质基板(5)、金属贴片(6)、微流控驱动装置(7)、导线(8)、上电极(9)、下电极(10)、弹性薄膜(11)、绝缘环(12)，气腔(13)、通气孔(14)和微流道(15)，所述的金属贴片(6)在介质基板(5)的上层，所述的金属贴片(6)包括与微带馈线连接的主辐射贴片以及控制频率和极化重构的枝节贴片，通过微流控驱动控制液态金属移动，连接或断开不同辐射枝节；所述的微流控驱动装置(7)包括导线(8)、上电极(9)、下电极(10)、弹性薄膜(11)、绝缘环(12)、气腔(13)、通气孔(14)和微流道(15)，所述的上电极(9)尺寸大于所述下电极(10)尺寸，且下电极(10)周围设有绝缘环(12)，绝缘环(12)的厚度大于下电极(10)的厚度，所述的上电极(9)与所述弹性薄膜(11)的上表面相粘连，所述的上电极(9)和所述下电极(10)均为金属箔片，且分别连接有导线(8)，所述微流道(15)横截面是矩形，且其内密封有氮气和液态金属EGaIn(4)，所述的液态金属EGaIn(4)位于所述氮气之间，所述的微流道(15)的一端与所述微流控驱动装置(7)的气腔(13)通过通气孔(14)连通，另一端密封。2.根据权利要求1所述的一种频率与极化可重构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：万静，蒙列，宋香香，石正，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：