一种基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线的制作方法

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：随着无线通信系统的高速发展，对天线的要求越来越高。相比于传统天线结构，可重构天线可以通过加载射频电子器件或者使用机械方法等来改变天线辐射体的结构，天线的谐振特性和辐射特性得到极大提升。可重构天线不仅能适应如今无线通讯系统对信道、速率的要求，并且还能在很大程度上降低天线的数量和成本，在实际应用中具有非常重要的价值。可重构天线不仅解决了多天线面临的难题，另一方面解决了传统天线对整个通信设备性能的制约。传统的可重构天线由于引入了其他电路，会使结构复杂,带来功率损耗。

综上所述，现有技术存在的问题是：传统的可重构天线存在功耗大、引入其他电路导致结构复杂的问题；目前由于国内外的液态金属天线带宽较窄，在5％左右，这是限制液态金属天线的重要问题。

解决上述技术问题的难度和意义：由于目前可重构天线的结构较复杂，减轻其复杂性是有必要的，因此引入液态金属结构，代替传统的电路结构，可以降低结构的复杂性。目前的液态金属天线带宽较窄，不易展宽，解决带宽窄的问题对于液态金属天线非常重要，和其他液态金属天线相比，本发明的带宽提高了85％左右，更有利于频率的可重构。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线。

本发明是这样实现的，一种基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线，所述基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线包括馈电网络和辐射部分；

馈电网络为下层介质基板，辐射部分为上层介质基板；

上层介质基板的上表面印制有矩形微带贴片，内部刻有填充液态金属或者特氟龙溶液的微流体通道环形槽。

进一步，所述下层介质基板的下表面印制有水平微带馈线、垂直微带馈线和开路枝节，水平微带馈线是port1，垂直微带馈线是port2，上表面印制有金属地板，金属地板上刻有水平沙漏形缝隙和垂直沙漏形缝隙，馈电下层介质基板和上层介质基板之间隔有一层空气。

进一步，所述水平沙漏形缝隙和垂直沙漏形缝隙为沙漏形缝隙，正交刻在地板的在垂直中心线上。

进一步，所述上层介质基板内部刻有溶液入口和溶液出口。

进一步，所述上层介质基板为聚二甲基硅氧烷；所述下层介质基板为fr4。

进一步，所述液态金属为镓铟锡合金。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线的无线通信系统。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明的上层介质基板、方形微带贴片和微流体通道环形，上层介质基板上表面的中心位置是方形微带贴片，内部开有微流体通道环形槽，环形槽围绕在方形贴片周围，通过改变微流体通道环形槽中的溶液，可以改变天线的辐射面积，从而改变其辐射特性；本发明的馈电网络由三部分组成，下层介质基板、金属地板和微带馈电线，下层介质基板的上表面是金属地板，金属地板与上层介质基板之间为空气层，在地板上开一对缝隙，一对正交放置的馈电线位于基板下表面进行耦合馈电，其中垂直放置的馈电线加有开路枝节，大大拓展了带宽，与其他液态金属天线相比，提高了85％左右。

本发明的微流体通道环形槽中的溶液为液态金属或者特氟龙溶液，通过填充这两种不同的溶液，实现频率的可重构液体天线的出现大大改善了这些问题。液态金属是一种新型材料，不仅具有流动性，还具有可修复性等特点；与传统可重构天线相比，将液态金属应用在可重构天线中，可以使天线结构更加简单，只需要改变液态金属的体积和形状，不需要添加复杂的电路结构，可以缩小天线的体积。而且液态金属流动性好，比传统可重构天线调谐范围更广，更灵活。

本发明采用液态金属实现可重构特性，相比较传统的可重构天线，可以用一副天线实现可重构，结构简单；

传统由电子开关器件实现可重构的天线，调谐范围非常有限，而使用液态金属后，调谐范围可以进行人工控制，范围更广；国内外常用的液态金属有汞、镓铟合金等，本发明中采用的是镓铟锡合金，这种合金成本更低成本，且无毒；本发明采用沙漏型缝隙进行耦合馈电，实现较大的带宽，相比较其他液态金属天线，带宽增加了大约85％，更适合频率的可重构。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线结构示意图；

图2是本发明实施例提供的上层介质基板和下层介质基板的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的馈电网络的示意图；

图4是本发明实施例提供的辐射贴片示意图；

图5是本发明实施例提供的液态金属的微流体通道侧视图；

图6是本发明实施例提供的回波损耗图；

图7是本发明实施例提供的隔离度图；

图8是本发明实施例提供的低频时两个端口的方向图；

图9是本发明实施例提供的高频时两个端口的方向图；

图中：1、微流体通道环形槽；2、矩形微带贴片；3、下层介质基板；4、上层介质基板；5、水平微带馈线；6、垂直微带馈线；7、开路枝节；8、金属地板；9、水平沙漏形缝隙；10、垂直沙漏形缝隙；11、溶液入口；12、溶液出口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对传统的可重构天线存在功耗大、引入其他电路；不易制动、带宽较窄的问题。液态金属是新型材料，不仅具有流动性，还具有可修复性等特点；将液态金属应用在可重构天线中，使天线结构更加简单、实现小型化，是一个重大的发展趋势。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的基于液态金属频率可重构缝隙耦合天线包括：包括馈电网络和辐射部分，具体包括：微流体通道环形槽1、矩形微带贴片2、下层介质基板3、上层介质基板4、水平微带馈线5、垂直微带馈线6、开路枝节7、金属地板8、水平沙漏形缝隙9、垂直沙漏形缝隙10、溶液入口11、溶液出口12。

馈电网络包括下层介质基板3，下层介质基板3的下表面印制有水平微带馈线5、垂直微带馈线6和开路枝节7，水平微带馈线5是port1，垂直微带馈线6是port2，上表面印制有金属地板8，金属地板8上刻有水平沙漏形缝隙9和垂直沙漏形缝隙10，馈电下层介质基板3和上层介质基板4之间隔有一层空气；辐射部分包括上层介质基板4，上层介质基板4的上表面印制有矩形微带贴片2，内部刻有微流体通道环形槽1和溶液入口11和溶液出口12。

在本发明的优选实施例中，上层介质基板4为pdms(聚二甲基硅氧烷)，所述的下层介质基板为fr4。

在本发明的优选实施例中，微流体通道环形槽1中的溶液为液态金属或者特氟龙溶液，通过填充这两种不同的溶液，实现频率的可重构。

在本发明的优选实施例中，金属地板上刻有沙漏形缝隙，正交刻在地板的在垂直中心线上。

在本发明的优选实施例中，液态金属为镓铟锡合金。

本发明实施例的下层介质基板3下表面的微带馈线通过刻有沙漏形缝隙的地板给上层辐射贴片进行耦合馈电，上层辐射体分为两部分：矩形微带贴片2和环形微流体通道。双极化的是由两条正交放置的水平微带馈线5、垂直微带馈线6分时激励实现的：当垂直端口port1激励时，实现垂直极化；当水平端口port2激励时，实现水平极化。

可重构分为两种情况：当微流体通道环形槽1中填充的溶液为特氟龙溶液时，微流体通道环形槽1不参与辐射，辐射体仅为矩形微带贴片2，矩形微带贴片2受到下层耦合馈电，向外辐射能量，此时天线工作在高频，频段为3.6～3.8ghz(s11<-14db)；当微流体通道环形槽1中填充的溶液为镓铟锡合金时，微流体通道环形槽1参与辐射，辐射体为矩形微带贴片2和镓铟锡合金，辐射面积增大，它们受到下层耦合馈电，共同向外辐射能量，此时天线工作在低频，频段为3.4～3.6ghz(s11<-14db)。从而实现天线的频率可重构。

仿真结果如图6—图9。

天线仿真的s参数如图6所示，分为高频和低频两个部分：低频的port1、port2可同时满足3.4-3.65ghz(回波损耗<-10db)，高频的port1、port2课同时满足3.45-3.84ghz(回波损耗<-10db)；天线隔离度良好，如图7所示，低频和高频隔离度<-32db；天线仿真的辐射方向图如图8和图9所示，具有对称的方向图，定向性好，低频方向图增益在8dbi以上，交叉极化大于32db；高频方向图增益在8.1dbi以上，交叉极化大于42db。仿真结果表明，天线由低频变换高频，实现了频率可重构。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。