一种声波谐振电小天线及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种声波谐振电小天线及其制备方法，声波谐振电小天线包括磁电复合材料块和样品台，磁电复合材料块作为样品设置在样品台的中空部分，磁电复合材料块包括压电层和上下两侧的磁致伸缩层，压电层的上下两侧均设置有电极，两个磁致伸缩层分别连接在压电层的上下两侧且与电极接触，两个磁致伸缩层的外侧部分别构成磁电复合材料块的上端面和下端面，上端面和下端面分别通过引线搭接在样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定。该声波谐振电小天线可等效为磁偶极子天线，可实现天线的小型化，能避免在高导电损耗媒质下的短路问题。

【技术实现步骤摘要】
一种声波谐振电小天线及其制备方法
本专利技术涉低频通信应用领域，特别涉及一种声波谐振电小天线及其制备方法。
技术介绍
无线技术的发展过程中，电小天线对低频无线设备的小型化有非常重要的意义。传统电小天线是电磁谐振天线，设计尺寸小于十分之一波长的传统电小天线十分困难，这是其基本原理决定的，且难以应用于高导电损耗媒质(如人体、海水等)。此外，随着尺寸减小，传统电小天线的辐射电阻下降，匹配困难，欧姆损耗增加，严重降低了其使用性能。传统电小天线难以满足目前低频无线设备发展的要求。基于磁电耦材料的声波谐振电小天线颠覆了传统电小天线以电磁波谐振作为理论基础的天线发射/接收模式，它借助声波谐振实现电磁信号的辐射或接收。因为声波波长远小于电磁波波长，声波谐振电小天线的理论尺寸是电磁波谐振电小天线的百万分之一，这对于天线小型化具有重大意义。在过去十几年中，对声波谐振电小天线的研究大多集中在理论层面，仅有即极少数几篇文章工作报道了利用微纳加工工艺制备声波谐振电小天线(NATCOMMUN,2017,8(1):296.)和利用粘接工艺制备了带叉指电极的声波谐振电小天线(IEEEANTENNWIRELPR,2020,19(3):398-402.)。这些论文设计的声波谐振电小天线的结构和制备工艺均比较复杂，且均只能初步实现天线的基本功能。因此，有必要设计一种结构简单的声波谐振电小天线，以便于实现小型化制备，且能有效实现天线的基本功能。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中提及的问题，本专利技术提供一种声波谐振电小天线及其制备方法，制备获得的天线尺寸极小、近场为磁场，可突破传统天线小型化困难和难以使用于高导电损耗媒质中的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种声波谐振电小天线，包括磁电复合材料块和样品台，所述样品台的中部设置成中空，所述磁电复合材料块作为样品设置在样品台的中空部分，所述磁电复合材料块包括压电层和位于所述压电层上下两侧的磁致伸缩层，所述压电层为长条状且由压电材料制成，所述磁致伸缩层为长条状且由磁致伸缩材料制成，所述压电层的上下两侧均设置有电极，两个所述磁致伸缩层分别连接在所述压电层的上下两侧且与所述电极接触，两个所述磁致伸缩层的外侧部分别构成所述磁电复合材料块的上端面和下端面，所述磁电复合材料块的上端面和下端面分别通过引线搭接在所述样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定。有益效果：该声波谐振电小天线的磁电复合材料块设置为分层结构，磁电复合材料块包括压电层和位于压电层上下两侧的磁致伸缩层，磁电复合材料块的上端面和下端面分别通过引线搭接在所述样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定，该结构可以简单引出电极并进行天线性能测试。该声波谐振电小天线可等效为磁偶极子天线，可实现天线的小型化，能避免在高导电损耗媒质下的短路问题。进一步地，所述压电层沿着厚度方向极化，所述磁致伸缩层的偏置磁场和磁化振荡沿着长度方向。进一步地，所述声波谐振电小天线产生长度方向的声波，声波谐振频率为：其中，fr为谐振频率，L为样品长度，Eeq和ρeq分别是声波谐振电小天线的等效杨氏模量和等效密度。进一步地，所述压电层为PMNT单晶、PIMNT单晶中的一种，所述磁致伸缩层为Fe-Si-B-X系非晶带材、Fe-Ga-X系合金中的一种，其中X为掺杂组元元素。进一步地，所述引线与磁电复合材料块的上端面或下端面通过银胶粘接；所述引线与样品台通过锡焊焊接。进一步地，所述磁致伸缩层为由多层尺寸相同的磁致伸缩层单元粘接形成的多层结构。一种声波谐振电小天线的制备方法，包括以下步骤：1)通过物理切割的方法，获得长条状压电材料和长条状的磁致伸缩材料；2)在长条状压电材料的上下表面施加电极并进行高压极化，得到压电层；3)使用环氧树脂结合热压工艺，将相同尺寸的磁致伸缩材料粘接成多层结构，得到磁致伸缩层；将粘接得到的磁致伸缩层和压电层粘接成磁致伸缩材料-压电材料-磁致伸缩材料的三层磁电复合材料块；4)将粘接得到的磁电复合材料块置于样品台的中空部分，实现电极的引入和样品的悬空。进一步地，步骤2)中，施加电极的方式为利用烧银工艺获得银电极或者利用溅射工艺获得铜、金、银、铂或铜合金。进一步地，步骤2)中，高压极化工艺为在电场500v/mm，120℃下极化5分钟，然后开始冷却，同时降低电场至300v/mm，保持电场至室温。进一步地，步骤3)中，所述热压工艺是提供压强为0.1-1MPa，提供温度为60-80℃压制工艺，热压时间为24h。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步地说明：图1是本专利技术的结构截面图；图2是本专利技术测试得到在一次(半波)声波处实现电磁波的接收(L为Fe-Si-B非晶带材的长度)的比对图；图3是本专利技术测试得到的声波谐振电小天线的谐振频率和磁电复合材料长度的关系图(也即Fe-Si-B非晶带材的长度)；图4是本专利技术所制备的声波谐振电小天线(Fe-Si-B非晶带材的长度为80mm)在500mm处近场方向图的接收测试和磁偶极子天线的理论接收方向图。具体实施方式本部分将详细描述本专利技术的具体实施例，本专利技术之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本专利技术的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本专利技术保护范围的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本实用新以上型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。本专利技术的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所述
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本专利技术中的具体含义。参照图1至图4，本专利技术实施例提供一种声波谐振电小天线，包括磁电复合材料块和样品台1，所述样品台1的中部设置成中空，所述磁电复合材料块作为样品设置在样品台1的中空部分，所述磁电复合材料块包括压电层3和位于所述压电层3上下两侧的磁致伸缩层4，所述压电层3为长条状且由压电材料制成，所述磁致伸缩层4为长条状且由磁致伸缩材料制成，所述压电层3的上下两侧均设置有电极，两个所述磁致伸缩层4分别连接在所述压电层3的上下两侧且与所述电极接触，两个所述磁致伸缩层4的外侧部分别构成所述磁电复合材料块的上端面和下端面，所述磁电复合材料块的上端面和下端面分别通过引线2搭接在所述样品台1上，以实现电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声波谐振电小天线，其特征在于：包括磁电复合材料块和样品台，所述样品台的中部设置成中空，所述磁电复合材料块作为样品设置在样品台的中空部分，所述磁电复合材料块包括压电层和位于所述压电层上下两侧的磁致伸缩层，所述压电层为长条状且由压电材料制成，所述磁致伸缩层为长条状且由磁致伸缩材料制成，所述压电层的上下两侧均设置有电极，两个所述磁致伸缩层分别连接在所述压电层的上下两侧且与所述电极接触，两个所述磁致伸缩层的外侧部分别构成所述磁电复合材料块的上端面和下端面，所述磁电复合材料块的上端面和下端面分别通过引线搭接在所述样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定。/n

【技术特征摘要】
1.一种声波谐振电小天线，其特征在于：包括磁电复合材料块和样品台，所述样品台的中部设置成中空，所述磁电复合材料块作为样品设置在样品台的中空部分，所述磁电复合材料块包括压电层和位于所述压电层上下两侧的磁致伸缩层，所述压电层为长条状且由压电材料制成，所述磁致伸缩层为长条状且由磁致伸缩材料制成，所述压电层的上下两侧均设置有电极，两个所述磁致伸缩层分别连接在所述压电层的上下两侧且与所述电极接触，两个所述磁致伸缩层的外侧部分别构成所述磁电复合材料块的上端面和下端面，所述磁电复合材料块的上端面和下端面分别通过引线搭接在所述样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定。


2.根据权利要求1所述的声波谐振电小天线，其特征在于：所述压电层沿着厚度方向极化，所述磁致伸缩层的偏置磁场和磁化振荡沿着长度方向。


3.根据权利要求2所述的声波谐振电小天线，其特征在于：所述声波谐振电小天线产生长度方向的声波，声波谐振频率为：



其中，fr为谐振频率，L为样品长度，Eeq和ρeq分别是声波谐振电小天线的等效杨氏模量和等效密度。


4.根据权利要求2所述的声波谐振电小天线，其特征在于：所述压电层为PMNT单晶、PIMNT单晶中的一种，所述磁致伸缩层为Fe-Si-B非晶带材、Fe-Ga-X系合金中的一种，其中X为掺杂组元元素。


5.根据权利要求1所述的声波谐振电小天线，其特征在于：所述引线与磁电复合材料块...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖绍伟，黄泽辉，刘仲武，车文荃，薛泉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44