基于旋转机构的液态金属螺旋天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种天线，具体为一种基于旋转机构的液态金属螺旋天线。
【背景技术】
[0002] 天线作为一种用来发射或接收无线电波的部件，在无线通信系统中起到了举足 轻重的作用，是无线通信系统中不可缺少的组成部分。随着无线通信飞速发展，对天线的 要求也越来越高。一方面，需要使天线能够工作在多个频带，具有多种工作模式并具有良 好的传输性能。另一方面，又要减轻天线的重量、减小天线体积并降低成本。正是由于运 样的需求，可重构天线的概念被提出并得到蓬勃发展。极化可重构天线对于多径效应造成 的信号衰落能够消除，同时可W提高系统对干扰信号的免疫能力W及频谱利用率与通信 系统的容量，因此得到广泛研究。
【发明内容】
[0003] 本发明针对W上问题的提出，而研制一种基于旋转机构的液态金属螺旋天线。
[0004] 本发明的技术手段如下： 阳〇化]一种基于旋转机构的液态金属螺旋天线，包括：介质支撑体、螺旋福射体、馈电匹 配体、接地板和射频同轴接头；所述介质支撑体为设置在所述接地板上的圆锥台结构；所 述馈电匹配体贴附在所述介质支撑体外壁下部；所述射频同轴接头包括同轴设置的外导体 和内导体；所述外导体连接所述接地板；所述内导体连接所述馈电匹配体；所述螺旋福射 体包括变升角螺旋管和容置于所述螺旋管内的液态金属；所述螺旋管的起始端贴附在所述 馈电匹配体上，并自下而上螺旋环绕于所述介质支撑体外壁上；所述液态金属螺旋天线还 包括：用于带动所述介质支撑体和接地板旋转的旋转机构、置于所述介质支撑体上方的上 固定板；所述螺旋管的末端固定在所述上固定板上；所述螺旋福射体和所述馈电匹配体随 所述介质支撑体一起旋转；
[0006] 进一步地，所述液态金属螺旋天线还包括下固定板；所述旋转机构包括放置在所 述下固定板上的电机和基座、与所述电机的转轴相连接的主动轮、通过传动皮带与所述主 动轮相连接的从动轮、W及由所述从动轮带动的中轴；所述中轴一端转动地连接在所述基 座上，并依次穿过所述从动轮、接地板和介质支撑体；所述电机带动所述主动轮转动，所述 主动轮通过传动皮带带动所述从动轮转动，所述中轴随所述从动轮一起转动；在所述中轴 的带动下，所述介质支撑体和接地板旋转；
[0007] 进一步地，所述介质支撑体外壁上对称设置有左旋螺旋槽和右旋螺旋槽；在所述 旋转机构的带动下，所述螺旋福射体能够左旋或右旋转动，并最后布设于左旋螺旋槽中或 右旋螺旋槽中；
[000引进一步地，所述螺旋天线由具备同种结构、且参数方程为 的螺旋天线在纵向方向上的某一位置截断得到，该 位置为螺旋管环绕过程中弧度变化值t等于预设值处；参数方程中R为螺旋天线的顶面半 径、R'为螺旋天线的底面半径、N为螺旋圈数、a。为螺旋起始升角、a 1为螺旋终止升角、t 为螺旋管环绕过程中弧度变化值，变化范围为O《t《2 JT N ;
[0009] 进一步地，所述螺旋管由聚二甲基硅氧烷材料制成；
[0010] 进一步地，所述液态金属为嫁铜合金；
[0011] 进一步地，所述上固定板、主动轮、从动轮和基座由聚苯乙締材料制成；
[0012] 进一步地，所述馈电匹配体为矩形结构；通过调整所述馈电匹配体的尺寸、W及所 述馈电匹配体底端与所述接地板上表面之间的距离实现天线阻抗匹配；
[0013] 进一步地，使用天线时，将液态金属注射入所述螺旋管内，并在所述螺旋管的起始 端和末端均预留出未注射有液态金属的一定空间，然后采用发泡聚乙締将所述一定空间填 充；在不使用天线时，将螺旋管内的液态金属抽取出来。
[0014] 由于采用了上述技术方案，本发明提供的基于旋转机构的液态金属螺旋天线，本 发明可应用于海事卫星通信，具有极化可重构、重量轻、带宽宽、低剖面等优点。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明所述螺旋天线的结构示意图；
[0016] 图2是截断前的螺旋天线结构示意图；
[0017] 图3是本发明所述左旋螺旋槽和所述右旋螺旋槽的结构示意图；
[0018]图4-a是本发明螺旋天线左旋转动后的轴比随工作频率的变化曲线图；
[0019] 图4-b是本发明螺旋天线右旋转动后的轴比随工作频率的变化曲线图；
[0020] 图5-a是本发明螺旋天线左旋转动后的反射系数随工作频率的变化曲线图；
[0021] 图5-b是本发明螺旋天线右旋转动后的反射系数随工作频率的变化曲线图； 阳02引 图6-曰、图6-b、图6-C、图6-d是本发明螺旋天线在中屯、频率1600MHz时的方向性 图。
[0023] 图中：1、介质支撑体，2、螺旋福射体，3、馈电匹配体，4、接地板，5、射频同轴接头， 6、上固定板，7、下固定板，8、电机，9、基座，10、主动轮，11、从动轮，12、传动皮带，13、中轴， 14、左旋螺旋槽，15、右旋螺旋槽，21、螺旋管，22、液态金属，51、外导体，52、内导体。
【具体实施方式】
[0024] 如图1、图2和图3所示的一种基于旋转机构的液态金属螺旋天线，包括：介质支 撑体1、螺旋福射体2、馈电匹配体3、接地板4和射频同轴接头5;所述介质支撑体1为设置 在所述接地板4上的圆锥台结构；所述馈电匹配体3贴附在所述介质支撑体1外壁下部；所 述射频同轴接头5包括同轴设置的外导体51和内导体52;所述外导体51连接所述接地板 4 ;所述内导体52连接所述馈电匹配体3 ;所述螺旋福射体2包括变升角螺旋管21和容置 于所述螺旋管21内的液态金属22 ;所述螺旋管21的起始端贴附在所述馈电匹配体3上，并 自下而上螺旋环绕于所述介质支撑体1外壁上；所述液态金属螺旋天线还包括：用于带动 所述介质支撑体1和接地板4旋转的旋转机构、置于所述介质支撑体1上方的上固定板6 ; 所述螺旋管21的末端固定在所述上固定板6上；所述螺旋福射体2和所述馈电匹配体3随 所述介质支撑体1 一起旋转；进一步地，所述液态金属螺旋天线还包括下固定板7 ;所述旋 转机构包括放置在所述下固定板7上的电机8和基座9、与所述电机8的转轴相连接的主动 轮10、通过传动皮带12与所述主动轮10相连接的从动轮11、W及由所述从动轮11带动的 中轴13 ;所述中轴13 -端转动地连接在所述基座9上，并依次穿过所述从动轮11、接地板 4和介质支撑体1 ;所述电机8带动所述主动轮10转动，所述主动轮10通过传动皮带12带 动所述从动轮11转动，所述中轴13随所述从动轮11 一起转动；在所述中轴13的带动下， 所述介质支撑体1和接地板4旋转；进一步地，所述介质支撑体1外壁上对称设置有左旋螺 旋槽14和右旋螺旋槽15 ;在所述旋转机构的带动下，所述螺旋福射体2能够左旋或右旋转 动，并最后布设于左旋螺旋槽14中或右旋螺旋槽15中；进一步地，所述螺旋天线由具备同 种结构、且参数方程为
的螺旋天线在纵向方向上的 某一位置截断得到，该位置为螺旋管21环绕过程中弧度变化值t等于预设值处；参数方程 中R为螺旋天线的顶面半径、R'为螺旋天线的底面半径、N为螺旋圈数、a。为螺旋起始升 角、a 1为螺旋终止升角、t为螺旋管环绕过程中弧度变化值，变化范围为0《t《23iN;进 一步地，所述螺旋管21由聚二甲基硅氧烷材料制成；进一步地，所述液态金属22为嫁铜合 金；进一步地，所述上固定板6、主动轮10、从动轮11和基座9由聚苯乙締材料制成；进一步 地，所述馈电匹配体3为矩形结构；通过调整所述馈电匹配体3的尺寸、W及所述馈电匹配 体3底端与所述接地板4上表面之间的距离实现天线阻抗匹配；进一步地，使用天线时，将 液态金属22注射入所述螺旋管21内，并在所述螺旋管21的起始端和末端均预留出未注射 有液态金属22的一定空间，然后采用发泡聚乙締将所述一定空间填充；在不使用天线时， 将螺旋管21内的液态金属22抽取出来。
[00巧]本发明所述接地板4在射频同轴接头5处设有通孔；所述内导体52底端穿过所 述通孔；实际设计时，所述螺旋管21外径可取值为6mm、内径取值为4mm，且由弹性体材料 如聚二甲基硅氧烷材料（PDM巧制成，PDMS是一种高弹体，伸展性强，利于天线的可重构性； 所述液态金属22采用嫁铜合金巧Gain)，其烙点低、常溫下呈现液态、接触空气会形成氧化 表层，进而不再流动、具有天线需要的所有电子特性、弹性大于铜等固态金属、能够很好地 接收信号、反复弯折也不会导致材料疲劳、具有自我修复能力、W及具备实现可重构天线的 特质；所述介质支撑体1可W采用发泡聚乙締材料制成，实际设计时介质支撑体1底面半径 Rb可W为30mm，顶面半径R。可W为15mm，高度H'可W取值为93mm ;本发明所述螺旋天线 由具备同种结构、且参数方程为 的螺旋天线在纵 向方向上的某一位置截断得到，该位置为螺旋管环绕过程中弧度变化值t等于预设值处，