一种基于液体金属的极化、频率可重构天线

技术领域

本申请涉及可重构天线领域，特别是基于液体金属的可重构天线。

背景技术

随着无线通信技术的发展，天线的运用场景多且复杂。传统天线由于固定的结构和材料，往往只能工作于一种场景下，可适应性不强。近年来，出现了越来越多可重构天线的设计。可重构天线突破了传统天线运用场景的局限性，单个天线结构就能够实现不同的工作频率、极化模式和辐射方向，能够根据不同的需求呈现不同的性质。

可重构天线常运用二极管、射频微机电系统等器件实现天线性能的可重构，然而此类器件往往只有有限的状态且位置固定，限制了天线可重构过程的灵活性。

发明内容

本申请目的在于克服现有技术不足，提出了一种基于液体金属的极化、频率可重构天线。利用液体金属镓铟合金的流动特性，使得天线可重构的状态更加灵活。

基础技术方案：

本申请不仅可以工作在左旋极化、右旋极化、两种线极化四个不同的极化状态。还在线极化模式下实现了工作频率的连续可调。本申请涉及可重构天线的设计、基于液体金属的可重构方法设计以及天线的结构优化。

实施例1技术方案

介基板1的厚度为3.5mm，宽度、长度为65mm的FR4材料，其在1GHz下的介电常数为ε

实施例3技术方案

介基板1的厚度为3.5mm，宽度、长度为65mm的FR4材料，其在1GHz下的介电常数为ε

附图说明

图1本申请实施例的基于液体金属的极化、频率可重构天线结构俯视图。

图2本申请实施例的基于液体金属的极化、频率可重构天线结构剖视图。

图3本申请实施例的基于液体金属的极化、频率可重构天线结构中3D打印轨道的剖视图。

图4本申请实施例1的基于液体金属的极化、频率可重构天线工作于左旋极化模式的俯视图。

图5本申请实施例2的基于液体金属的极化、频率可重构天线工作于右旋极化模式的俯视图。

图6本申请实施例3的基于液体金属的极化、频率可重构天线工作于线极化模式一的俯视图。

图7本申请实施例4的基于液体金属的极化、频率可重构天线工作于线极化模式二的俯视图。

图8本申请实施例1、实施例2的基于液体金属的极化、频率可重构天线圆极化模式反射系数与轴比结果图。

图9本申请实施例3、实施例4的基于液体金属的极化、频率可重构天线线极化模式工作频率与增益随短液体金属长度变化结果图。

数字标记：

基板1、圆形金属铜贴片2、3D打印轨道3、同轴探针4、十字隙缝5、液体金属6

具体实施方式

本申请提出一种基于液体金属的极化、频率可重构天线，包括：基板、中心有十字隙缝的圆形金属铜贴片、3D打印轨道、同轴探针、管道和液体金属；其中，

所述基板1为单层厚度为3.5mm的FR4基片，下方覆有一层金属铜，作为参考地；

所述中心有十字隙缝5的半径18.5mm圆形金属铜贴片2覆于所述基板1上方，作为辐射面，通过所述同轴探针4进行馈电；

所述3D打印轨道3为Formlabs Clear SLA resin光敏树脂材质，通过光敏胶附于所述基板1上方，高度为0.3mm的轨道用以装载液体金属6；

所述同轴探针4连接SMA接口，通过电烙铁与圆形金属贴片2焊接，用以给天线馈电；

所述管道共有4根，通过光敏胶附着于3D打印轨道3末端，注射器通过管道向所述3D打印轨道3中注射液体金属6；

所述液体金属6为镓铟合金，用以调节金属贴片十字缝隙5的长度和形状，从而实现天线极化和频率的可重构。

结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。

如图4、图5、图6、图7所示各个实施例实物天线。

当注入的液体金属长度如图4所示时，天线表现为左旋圆极化，如图5所示时，表现为右旋圆极化。圆极化模式下的输入回波损耗(S11参量)和轴比的仿真、测试结果为图8。圆极化模式下天线工作于1.86GHz-1.92GHz，增益为3.5dBi。

当注入的金属如图6和图7所示时，天线表现为线极化，且两种模式的线极化方向垂直。在线极化模式下，天线的工作频率随较短的液体金属长度变化，能够实现工作频率上的连续可调。线极化模式下，频率和增益的仿真与测量结果为图9，能够实现从1.82GHz到2GHz连续的频率可调，增益可达到3.8dBi。

实施例1

图4对应实施例1天线的左旋圆极化状态。

该实施例天线结构及参数设计为：

介基板1的厚度为3.5mm，宽度、长度为65mm的FR4材料，其在1GHz下的介电常数为ε

本实施例1对应性能为图8：反射系数S11参量低于10dB的工作频率为1.86GHz-1.92GHz，轴比在工作频率内低于3dB，呈现左旋极化。测量增益为3.5dBi。

实施例2

图5对应实施例2天线的右旋圆极化状态。

该实施例天线结构及参数设计为：

介基板1的厚度为3.5mm，宽度、长度为65mm的FR4材料，其在1GHz下的介电常数为ε

本实施例2对应性能为图8。反射系数S11参量低于10dB的工作频率为1.86GHz-1.92GHz，轴比在工作频率内低于3dB，呈现右旋极化。测量增益为3.5dBi。

实施例3

图6对应天线的线极化状态一。

该实施例天线结构及参数设计为：

介基板1的厚度为3.5mm，宽度、长度为65mm的FR4材料，其在1GHz下的介电常数为ε

实施例4

图7对应天线的线极化状态二。

该实施例天线结构及参数设计为：

介基板1的厚度为3.5mm，宽度、长度为65mm的FR4材料，其在1GHz下的介电常数为ε