【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低频段通信，尤其涉及一种微夹持式双频磁电天线及其制备方法和应用。
技术介绍
1、稳定的超/甚低频(elf/lf)通信在透地、海洋通信以及采矿业地质勘探等领域至关重要。它能更好地抵抗噪声干扰，补偿传播损耗，穿透障碍物，实现抗干扰通信，这些因素决定了跨介质作业的有效性和可靠性。常用的电小天线为了在低频长波长和有损介质中的集肤效应的情况下实现有效的电磁辐射，要求天线尺寸与电磁波的波长相匹配。这就导致超/甚低频天线的尺寸达到几十公里，严重限制了水下通信、透地通信的应用。基于磁电效应的机械天线为解决这一挑战提供了一种新的方法，将高磁致伸缩材料与压电谐振器集成在一起。当感受到电磁场中的磁分量时，高磁致伸缩材料产生应变，从而驱动压电材料产生电荷，实现了电磁场与振荡电场的相互转化。在同等性能的前提下，该天线比最先进的电小天线尺寸可以减小1~2个数量级。
2、除了有效的辐射，无线通信系统的建设还需要一套调制方案对编码数据进行传输。直接天线调制（dam，direct antenna modulation）是一种近场传输方式，具有传输速率高、安全性强等优势，但当需要进行远距离传输信号时，需要改变传输的调制方式。在军用水下通信中，经常使用频移键控(fsk)作为通信方式，该方法是一种实现起来较容易，具有优秀的抗噪声与抗衰减性能的无线电波调制方式，在中低速数据传输中得到了广泛的应用。而磁电天线本身带宽较窄，对电磁信号已经进行了一次滤波，因此能够显著的降低通信噪声。此外，为了提升通信速率、质量，采用具备更高的通信速率和质量的2fsk
3、公开号为cn114251336a的专利技术专利申请文件中公开了一种悬臂梁结构磁电天线的制备方法、检测方法及磁电天线。将两份压磁材料分别粘接在压电材料的两面，形成双面粘合完成的磁电复合材料；在磁电复合材料的自由端放置磁铁块，形成悬臂梁结构磁电天线。这种悬臂梁结构使得天线具有较低的谐振频率，并且能够在谐振频率不远处出现多个谐振峰以实现多谐振峰fsk通信，然而此种封装结构仍具有以下不足之处：（1）尺寸较大，集成度不高。（2）通过磁扭电效应实现多个频段，但是这种方式会导致较低的灵敏度和较高的天线检测限（lod），不利于信号的远距离传输；（3）虽然具有多个频点，但只能够在单一频段进行应用，限制了磁电天线的应用范围。
4、公开号为cn116154466a的专利技术专利申请文件中公开了一种基于悬臂梁结构的低频机械式磁电天线，通过设定磁电悬臂梁的中性面刚好为压电材料层和磁致伸缩材料层的交界面,从而有效解决了层状磁电复合材料在做厚度弯曲振动时因中性面的位置不合适而出现的压电层极化或是磁致伸缩层磁化时产生极性相互抵消的问题。此种磁电天线相较电小天线具备较小尺寸，在提高磁电天线的辐射效率同时，又可以兼顾工作频率、阻抗和品质因数。然而此种结构磁电天线仍具有以下不足之处：（1）集成度低，不符合目前电子元器件集成化的趋势；（2）天线仅具有单一频带，且带宽较窄，限制了磁电天线的应用范围。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术旨在提供一种微夹持式双频磁电天线及其制备方法和应用，该双频磁电天线以弯曲振动模式以及长度方向振动模式接收电磁波信号，可以实现单磁电天线的双fsk通信，而且体积小巧，集成度高、便于携带。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种微夹持式双频磁电天线，包括磁电复合材料，所述磁电复合材料的顶部设有上层pcb板，所述磁电复合材料的底部设有下层pcb板，且所述磁电复合材料与所述上层pcb板和下层pcb板之间通过螺栓和螺母连接；所述下层pcb板上连接有用于信号传输的sma同轴连接器。
4、进一步的，所述磁电复合材料从上往下依次包括上层磁致伸缩层、压电层和下层磁致伸缩层，所述压电层的长度大于所述上层磁致伸缩层和下层磁致伸缩层的长度。
5、进一步的，所述上层pcb板和下层pcb板分别与所述压电层的顶部和底部欧姆接触。
6、进一步的，所述压电层的材料为氧化锌、铌镁酸铅晶体、硅酸镓镧、压电石英中的任一种。
7、进一步的，所述上层pcb板和下层pcb板均采用微带线，且所述上层pcb板和下层pcb板的电极材料为au、ag中的任一种。
8、进一步的，所述螺栓和螺母采用非铁磁性材料。
9、进一步的，本专利技术还包括如前所述的微夹持式双频磁电天线的制备方法，包括以下步骤，
10、步骤1：材料准备；
11、步骤2：制备磁电复合材料；
12、步骤3：使用螺栓和螺母，将上层pcb板、下层pcb板与磁电复合材料组装；
13、步骤4：引出微夹持式双频磁电天线的电路接口。
14、进一步的，步骤2的具体操作包括以下步骤，
15、步骤201：分别取相同数量的metglas磁致伸缩薄片，粘贴成型为厚度相同的上层磁致伸缩层和下层磁致伸缩层；
16、步骤202：在压电层的顶部粘接固定上层磁致伸缩层，在压电层的底部粘接固定下层磁致伸缩层，组装形成磁电复合材料。
17、进一步的，步骤4的具体操作包括以下步骤，
18、步骤401：将上层pcb板顶部电极通过金丝键合与下层pcb板电极连接；
19、步骤402：将sma同轴连接器焊接在下层pcb板的电极处。
20、进一步的，本专利技术还包括如前所述的微夹持式双频磁电天线在超低频、甚低频双工作频段通信中的应用。
21、本专利技术的有益效果是：
22、1、本专利技术中的双频磁电天线其天线尺寸远小于相互匹配的电磁波波长，同时，较阵列磁电天线实现双频带的方式，具有体积小、集成度高的优势。
23、2、本专利技术中双频磁电天线采用微夹持封装方式，将压电层上下电极与上下pcb板电极通过欧姆接触进行连接。相比于普通引线方式，欧姆接触方式提供了更好的电流传输性能，具有低电阻、稳定性、耐久性和广泛适用性等优势。同时，pcb板上集成度更高的引线结构，抑制了磁噪声，微带线抑制空间磁场引起的噪声。
24、3、本专利技术中双频磁电接收天线以微夹持封装方式实现了天线弯曲振动（d31）和长度方向振动（d33）的两种工作模式，可以实现双fsk的通信方式。同时，弯曲振动模式下的较低频率，具有较好的穿透能力，限于其信号传输速率慢，主要起到“唤醒”作用；长度方向振动模式下的较高频率，具有较快的信号传输速率，主要进行信号传输，这种方式提升了透地通信、水下通信的通信质量。
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1.一种微夹持式双频磁电天线，包括磁电复合材料，其特征在于：所述磁电复合材料的顶部设有上层PCB板（1），所述磁电复合材料的底部设有下层PCB板（5），且所述磁电复合材料与所述上层PCB板（1）和下层PCB板（5）之间通过螺栓和螺母连接；所述下层PCB板（5）上连接有用于信号传输的SMA同轴连接器（8）。
2.根据权利要求1所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述磁电复合材料从上往下依次包括上层磁致伸缩层（2）、压电层（3）和下层磁致伸缩层（4），所述压电层（3）的长度大于所述上层磁致伸缩层（2）和下层磁致伸缩层（4）的长度。
3.根据权利要求2所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述上层PCB板（1）和下层PCB板（5）分别与所述压电层（3）的顶部和底部欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述压电层（3）的材料为氧化锌、铌镁酸铅晶体、硅酸镓镧、压电石英中的任一种。
5.根据权利要求3所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述上层PCB板（1）和下层PCB板（5）均采用微带
6.根据权利要求3所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述螺栓（6）和螺母（7）采用非铁磁性材料。
7.如权利要求2-6任一项所述的微夹持式双频磁电天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤2的具体操作包括以下步骤，
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤4的具体操作包括以下步骤，
10.如权利要求1-6任一项所述的微夹持式双频磁电天线在超低频、甚低频双工作频段通信中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种微夹持式双频磁电天线，包括磁电复合材料，其特征在于：所述磁电复合材料的顶部设有上层pcb板（1），所述磁电复合材料的底部设有下层pcb板（5），且所述磁电复合材料与所述上层pcb板（1）和下层pcb板（5）之间通过螺栓和螺母连接；所述下层pcb板（5）上连接有用于信号传输的sma同轴连接器（8）。
2.根据权利要求1所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述磁电复合材料从上往下依次包括上层磁致伸缩层（2）、压电层（3）和下层磁致伸缩层（4），所述压电层（3）的长度大于所述上层磁致伸缩层（2）和下层磁致伸缩层（4）的长度。
3.根据权利要求2所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述上层pcb板（1）和下层pcb板（5）分别与所述压电层（3）的顶部和底部欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的一种微夹持式双频磁电天线，其特征在于：所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：马志波，宋恩重，王熠楠，赵山林，字国浩，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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