【技术实现步骤摘要】
本专利技术将磁致伸缩材料与压电材料相结合，应用于低频天线通讯领域，主要涉及发生磁致伸缩效应的铁钴钒带材和压电效应的pzt-5h，可在低频实现通讯。
技术介绍
1、随着芯片集成度不断提高，无线通信设备中的各个单元物理尺寸急剧减小，但是甚低频天线的小型化一直是一个悬而未决的问题，这也导致基于甚低频天线的无线通信设备的小型化遭遇瓶颈。
2、基于传统理论和保证辐射效率，依靠电磁共振的电小天线的尺寸通常大于em波长λ的十分之一，特别是，当传统天线工作在低频(30-300khz)电磁波中，电磁波波长达到数千米，导致天线尺寸大、功耗高。低频天线的小型化亟待解决。
3、有研究学者提出了另一种更短波长的天线驱动理论，即基于机械振动的机械天线。专利cn 213278379 u，一种旋转永磁体式机械天线装置(公告日为2021.05.25)，该装置由电机驱动使永磁体旋转，产生与旋转频率相对应的磁场辐射，由于是电机驱动，这种机械天线只能在ulf(300-3000hz)或更低的频段工作。专利cn 112542674 b，一种磁机电耦合式小型化甚低频机械天线，该装置提供了一种磁致伸缩材料层-压电材料层-磁致伸缩材料层三层结构的天线，是将两个片状磁致伸缩层分别粘合在压电材料的两面,形成双面粘合完成的磁电天线，由于其结构仅通过法向应力在界面处实现力学耦合，应变传递较弱(该天线辐射信号可达到甚低频(3khz-30khz)范围)，难以实现较远的通讯。
技术实现思路
1、本专利技术的目的为针对当前
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种嵌入式磁电天线阵列结构，包括pcb板的上下表面，各阵列分布有n个区域，n＝2～10；每个区域上分布有两个焊盘、一个磁电天线单元；
4、所述的磁电天线单元包括磁致伸缩层和嵌入结构；其中，磁致伸缩层中心开有一个矩形凹槽，矩形凹槽内嵌有嵌入结构；
5、所述的嵌入结构为压电层和两块翻边电极，其中，一块翻边电极从上部左侧、左、下将压电层包覆，另一块翻边电极将压电层的右侧上表面覆盖，且压电层的上表面的两块翻边电极之间有条形间隙；条形间隙的两端分别为正电极和负电极，正电极，负电极分别焊接在pcb板上的对应正、负两个焊盘上，形成电学连接；2n个磁电单元串联后与sma接口连接；
6、凹槽底部的厚度为磁致伸缩材料的厚度的50％；凹槽的长度为磁致伸缩层长度的75％，凹槽的宽度为磁致伸缩层宽度的80％；
7、翻边电极的厚度为10～100微米；
8、压电层的厚度为0.15mm～1mm；
9、所述的磁致伸缩层为fe-co-v材料；压电层为pzt-5h材料；
10、所述的正电极、负电极的材质均为银；
11、所述的磁致伸缩层沿y轴磁化，所述的压电层沿z轴极化；
12、所述的pcb板为双层板，基板材质为玻纤维。
13、所述嵌入式低频发射磁电天线阵列的制备方法，包括以下步骤：
14、步骤1，提供磁致伸缩层，fe-co-v带材中裁剪两片磁致伸缩单层；
15、步骤2，将其中一片磁致伸缩层沿几何中处，切割去除矩形片，剩余方框结构；
16、步骤3，用环氧树脂将两片磁致伸缩材料粘结，形成凹槽结构；并用环氧树脂将覆有翻边电极的pzt-5h粘合在凹槽的底部界面，使其嵌入凹槽中，其中正负极同面的翻边电极面暴露在空气中；
17、步骤4，将上述粘接完成的嵌入式磁电天线单元置于真空袋中，压合后在室温下固化；
18、步骤5，完成对2n个嵌入式磁电天线单元的制备；
19、步骤6，将2n个嵌入式磁电天线单元，与已有电路的pcb焊盘的正负极一一对应进行焊接；
20、步骤7，将sma接口用锡焊连接在已有电路的pcb板上。
21、本专利技术的实质特点为：
22、当前技术中，由磁致伸缩层，压电层，电极层组成，用于低频通信。每层通过环氧树脂粘合，实现了“电-声-磁”三个物理量之间的相互转换。
23、本专利技术采用嵌入式结构，将压电层嵌入磁致伸缩层凹槽处，并将制备的磁电天线单元串联，以阵列的形式集成在电路板上，并与sma接口相连，方便动态激励。
24、其工作原理为：在动态激励源的驱动下，压电层发生声共振，产生的应变传递到磁致伸缩层，产生动态磁化振荡或磁电流，从而传播电磁波。施加电压时，磁偶极子旋转90°，在材料周围的空气中产生局部磁场，在电压激励下，偶极子动态旋转，传输电磁波。与传统的me复合结构不同，嵌入式me复合结构通过法向和剪应力在界面处实现了力学耦合，导致应变传递的增强，逆磁电耦合效应得到改善，且本专利技术对多个磁电天线串联连接，进而实现较远通讯。
25、本专利技术有益效果：
26、1.本专利技术在pcb板上集成磁电天线单元和sma接口，方便连接功率放大器或信号发生器，进而便于封装，制备工艺简单、成本较低。多个磁电天线单元集成在已有电路的pcb板上，构成电学串联，磁电天线辐射电磁波能力经串联后显著增强；sma接口经pcb内置电路与电极层连接，便于施加激励源；磁电天线阵列体积小、且便于封装。
27、2.本专利技术的磁电天线是以声波共振而不是电磁波共振，相对于传统的天线是电磁波共振，在天线小型化方面具有显著的优势。
28、3.本专利技术采用嵌入式结构增强不同相位界面处的应变传递来改善天线的辐射，嵌入式结构的磁电天线单元在谐振频率为56khz处，逆磁电耦合系数为5.6a/v，传统三明治结构最大逆磁电耦合系数仅为4.1a/v，另外该专利技术以阵列的形式使电磁波的辐射得到增强。
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1.一种嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为包括PCB板的上下表面，各阵列分布有n个区域，n＝2～10；每个区域上分布有两个焊盘、一个磁电天线单元；
2.如权利要求1所述的嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为凹槽底部的厚度为磁致伸缩材料的厚度的50％；凹槽的长度为磁致伸缩层长度的75％，凹槽的宽度为磁致伸缩层宽度的80％。
3.如权利要求1所述的嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为翻边电极的厚度为10～100微米；压电层的厚度为0.15mm～1mm。
4.如权利要求1所述的嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为所述的磁致伸缩层为Fe-Co-V材料；压电层为PZT-5H材料；
5.如权利要求1所述的嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为所述的磁致伸缩层沿Y轴磁化，所述的压电层沿Z轴极化。
6.如权利要求1所述嵌入式低频发射磁电天线阵列的制备方法，其特征为包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为包括pcb板的上下表面，各阵列分布有n个区域，n＝2～10；每个区域上分布有两个焊盘、一个磁电天线单元；
2.如权利要求1所述的嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为凹槽底部的厚度为磁致伸缩材料的厚度的50％；凹槽的长度为磁致伸缩层长度的75％，凹槽的宽度为磁致伸缩层宽度的80％。
3.如权利要求1所述的嵌入式磁电天线阵列结构，其特征为翻边电极的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李明明，李少卿，黄文美，翁玲，杨逸凡，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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