【技术实现步骤摘要】
本申请属于通讯天线，具体涉及一种基于电、机械和磁耦合效应的低频天线及其制备方法。
技术介绍
1、传统的飞机天线工作频段往往处于ghz～thz区间，这种高频的电磁波在飞机处于云层、降雨、结冰环境时，受环境中雨滴、水蒸气、结冰层的干扰，传播距离将会急剧降低，从而大大影响通信质量。根据电磁波的趋肤效应，当电磁波频率降低至甚低频(vlf，3khz～30khz)或极低频(elf，3hz-3khz)时，将会获得良好的导电介质穿透能力。因此，使用低频通讯技术是解决飞机在极端环境下通讯能力差的一种有效措施。
2、然而，飞机上的天线大多数是基于传统的电流元辐射的电天线。这些天线受制于天线尺寸与发射电磁波波长的限制关系(l≥1/10λ，l为天线长度，λ为发射电磁波波长)，难以兼具器件小型化与天线高辐射效率的目标。在vlf频段，天线的长度须达到数百米甚至上千米才能获得良好的电磁波发射效率。磁电天线基于磁致伸缩材料在压电制动器的驱动下向外辐射电磁波，打破了传统电流元天线无法克服的器件尺寸与辐射效率制约关系，成为一种潜在的低频天线技术解决方案。
3、然而，磁电天线中的磁致伸缩材料在变形过程中产生的变化磁矩有限，难以向外空间进行大功率电磁波信号辐射。飞机采用磁电天线技术作为极端环境(如雷雨、冰雹天气)通讯手段仍然面临巨大挑战。
技术实现思路
1、专利技术目的：利用电驱动-磁偶极子整体机械震荡和对称机械震荡协同增强的方式(电-机械-磁协同效应)，提高传统磁电天线的辐射性能。在保证天线整体
2、第一方面，本申请提供了一种基于电、机械和磁耦合效应的低频天线，所述天线包括：
3、压电材料；
4、磁致伸缩材料，设置在所述压电材料的上表面和下表面；
5、电磁波反射板，设置在所述磁致伸缩材料与所述压电材料的一端；
6、永磁体，设置在所述磁致伸缩材料与所述压电材料的另一端。
7、优选地，所述永磁体为强磁体。
8、优选地，所述压电材料的工作模式为厚度方向极化，长度方向伸缩变形。
9、优选地，所述压电材料能够为所述永磁体提供足够的振动驱动力，并避免在压电材料极化过程中被击穿。
10、优选地，根据理论计算中式(25)的结果，为保证磁致伸缩材料与永磁体产生的电磁波保持叠加增强状态，避免二者产生的电磁波信号互相影响削弱，永磁体的磁化方向需要与天线整体的长度方向保持一致，磁致伸缩材料需保证其伸缩变形发生在天线整体的长度方向上。
11、优选地，根据理论计算结果中式(27)里角频率ω和天线固有频率f的关系，为保证天线的固有频率处于vlf频段并具有足够机械强度，所述压电材料的长度取60-100mm，厚度取3-5mm，宽度取4-8mm。
12、第二方面，本申请还提供了一种基于电、机械和磁耦合效应的低频天线制备方法，所述方法包括：
13、选用经典的压电相为锆钛酸铅pzt，磁致伸缩相为铁钴镍合金metglas的磁电天线作为基体；将磁电天线一端焊接于电磁波波反射板上形成悬臂结构；使用亥姆霍兹线圈将悬臂磁电天线包裹，提供38oe的磁化场，对其电磁学性能进行测试；
14、将不同厚度的圆柱体铁钕硼永磁体利用化学粘结剂或焊接的方式连接于磁电天线的自由端，最终形成具有“电-机械-磁”耦合效应的磁电天线；
15、对改进后的磁电天线进行电磁学测试，结果发现复合有2mm厚度永磁体的磁电天线的机械谐振频率为24.6khz，处于vlf频段；
16、测试改进后的磁电天线的磁辐射能力，并与单纯磁电天线进行对比。
17、优选地，所述方法还包括：
18、对24.6khz的电磁波在雨水中的传播特性进行仿真，结果发现24.6khz的电磁波虽然也将随距离衰减，但是相比于900mhz和5ghz飞机常用通讯频率，24.6khz的电磁波能够在于水中传播更远的距离。
19、本申请的有益技术效果：
20、(1)本专利技术提出的耦合天线对比单纯磁电天线的空间辐射能力提升300％以上。
21、(2)本专利技术提出的耦合天线提高了单纯磁电天线在vlf或elf工作频段的性能，使发出的电磁波在导电介质中具有更强穿透性，有望满足飞机在云层、降雨、结冰环境下的高质量通讯需求。
22、(3)本专利技术提出的耦合天线区别于磁电天线对磁化线圈的依赖性，减小了天线的体积，有望进一步提高磁电天线的小型化进程。
23、(4)本专利技术提出的耦合天线还使磁电天线的方向性、增益等参数得到了明显改善。
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1.一种基于电、机械和磁耦合效应的低频天线，其特征在于，所述天线包括：
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述永磁体为强磁体。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述压电材料的工作模式为厚度方向极化，长度方向伸缩变形。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述压电材料能够为所述永磁体提供足够的振动驱动力，并避免在压电材料极化过程中被击穿。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，永磁体的磁化方向与天线整体的长度方向保持一致，磁致伸缩材料需保证其伸缩变形发生在天线整体的长度方向上。
6.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，根据角频率ω和天线固有频率f的关系，保证天线的固有频率处于VLF频段并具有足够机械强度，所述压电材料的长度取60-100mm，厚度取3-5mm，宽度取4-8mm。
7.一种基于电、机械和磁耦合效应的低频天线制备方法，其特征在于，所述方法包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于电、机械和磁耦合效应的低频天线，其特征在于，所述天线包括：
2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述永磁体为强磁体。
3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述压电材料的工作模式为厚度方向极化，长度方向伸缩变形。
4.根据权利要求3所述的天线，其特征在于，所述压电材料能够为所述永磁体提供足够的振动驱动力，并避免在压电材料极化过程中被击穿。
5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，永磁体的磁化方向...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴瀚舟，李兰兰，林可，李春雷，向民，旷建敏，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：
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