一种可变形天线及其制备方法

技术领域

本发明涉及天线领域，特别涉及一种可变形天线及其制备方法。

背景技术

天线是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的器件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来工作。近年来，随着雷达和通信系统的迅速发展，汽车、飞机、舰船以及各种民用电子设备需要用到各种尺寸和形状的天线。传统的固体金属天线只具有一种特定的形状，而为了满足不同的无线电信号的发送和接收要求，只能采用搭载多个天线的方式解决，这无疑增加了天线的制作成本和占用空间。

天线的形状和高度直接影响无线电信号的接收效果。为了提高天线的带宽，即有效工作的频率范围，通常采用以下多种技术，如使用较粗的金属线，使用金属“网笼”来近似更粗的金属线，尖端变细的天线元件，如馈电喇叭以及多天线集成的单一部件。天线的倾角也会影响天线的发射效果，例如底面雷达天线向上倾斜，便于高空的飞行器接收无线电信号。此外，接收天线的位置也会影响信号的接收效果，如手机等移动设备的天线辐射特性会根据用户的使用状态而多样变化。

总之，目前的固态金属天线存在形状单一、无法变形的缺点，使其应用受限。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可变形天线，其具有热变形特点，实现了天线可控自主变形的目的。

本发明的另一目的在于提供上述可变形天线的制备方法，该方法利用3D打印技术降低了工业设计与制造成本，还提高了生产效率。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

一种可变形天线，包括依次层叠的电阻接地层、可热变形的聚乳酸复合材料层和电波辐射层；

其中，所述聚乳酸复合材料由聚乳酸与碳纤维复合而成。

本发明的上述可变形天线是由三层材料形成的“三明治结构”，电阻接地层可用于通电产生电阻热，使得聚乳酸复合材料层在电阻热作用下变形，同时带动电波辐射层变形，从而实现自主可控变形的目的。

本发明中心层采用的聚乳酸复合材料由聚乳酸与碳纤维复合而成。

本发明还提供了上述可变形天线的制备方法，具体为：

选择电阻接地层和电波辐射层中的其中一个作为基层，在所述基层上热熔沉积3D打印可热变形的聚乳酸复合材料，形成聚乳酸复合材料层；然后在所述聚乳酸复合材料层贴合电阻接地层和电波辐射层中的另外一个。

本发明对电阻接地层和电波辐射层的制备顺序不做限制，这两个外层材料的制备方法根据其材质、成本等其他因素而定，优选采用3D打印技术，从而整体上达到4D打印的效果，提高生产效率。

与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)无需机械传动装置即可实现自主可控热变形，为天线器件的微型化提供了便利；

(2)利用3D和4D打印技术提高了生产效率，实现了智能化。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明提供的可变形天线的结构示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

为了克服现有金属天线无法形变的问题，本发明提供了以下天线。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

一种可变形天线，如图1所示，包括依次层叠的电阻接地层1、可热变形的聚乳酸复合材料层2和电波辐射层3；

其中，所述聚乳酸复合材料由聚乳酸与碳纤维复合而成。

上述可变形天线是由三层材料形成的“三明治结构”，电阻接地层1可用于通电产生电阻热，使得聚乳酸复合材料层2在电阻热作用下变形，同时带动电波辐射层3变形，从而实现自主可控变形的目的。

另一方面，由于天线本身可变形，无需增设用于调整天线角度和位置的机械传动装置，从而减小了器件体积，更容易实现微型化。

本发明中心层采用的聚乳酸复合材料由聚乳酸与碳纤维以90～99:10～1的重量比复合而成。

电阻层可采用能通电产生足够天线变形的电阻热的材料，并不仅限于常见的金、银、铜、铝的金属材料，还可以是添加有石墨烯的等高性能传热材料，或者是掺杂有金属且导电的聚合物材料。

电波辐射层是天线的主要功能层，用于辐射电波，接收或发射信号，可采用常见的金、银、铜、铝的金属材料，或者是掺杂有金属且导电的聚合物材料。

电阻层和电波辐射层中采用的聚合物主要指聚乳酸。。这两层中金属的掺杂量根据功能而定。

以上可变形天线的制备方法是任意的，可以采用粘结剂粘合在一起，或者层层沉积，但上述方法都存在效率低的问题，本发明提供了以下优选的制备方法。

首先，选择电阻接地层和电波辐射层中的其中一个作为基层，在所述基层上热熔沉积3D打印可热变形的聚乳酸复合材料，形成聚乳酸复合材料层；

然后在所述聚乳酸复合材料层贴合电阻接地层和电波辐射层中的另外一个。

该方法的关键是天线中间的聚乳酸复合材料层采用热熔沉积3D打印而成，这样可以提高生产效率，同时适用于各种材质的电阻接地层和电波辐射层，这两个外表层的制备顺序也不受限。其中，热熔沉积3D打印的温度根据聚乳酸复合材料的类型而定。

以电阻接地层作为基层为例，电阻接地层可采用预先切割好的金属箔，也可以液态金属或者掺杂有金属的熔融/液态聚合物为原料，采用3D打印手段打印出所需尺寸的电阻接地层。

之后采用热熔沉积3D打印可热变形的聚乳酸复合材料，形成聚乳酸复合材料层。然后同样地，电波辐射层可采用预先切割好的金属箔，也可以液态金属或者掺杂有金属的熔融/液态聚合物为原料，采用3D打印手段打印出所需尺寸的电波辐射层。当采用预先切割好的金属箔时，优选在聚乳酸复合材料冷却固化之前将金属箔挤压在上面，无需粘结剂即可紧密贴合。

在一些优选实施方式中，电阻接地层、可热变形的聚乳酸复合材料层和电波辐射层都通过3D打印制备，这样整体达到4D打印的效果，更加智能化。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。