本發(fā)明涉及通訊
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別地，涉及一種液體混合腔式可調(diào)控天線。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中，常見的無線系統(tǒng)包括雷達、通信、導航等，其天線通常是金屬材質(zhì)，或金屬與固體介質(zhì)的混合結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有的天線主要包括兩類：一、液態(tài)金屬天線，這種天線的性能提升和技術(shù)成熟度高度依賴于液態(tài)金屬材料的研究和開發(fā)，其設(shè)計方法與常規(guī)金屬天線接近。當前，室溫液態(tài)金屬種類和數(shù)量有限，仍處于基礎(chǔ)研究階段。二、非金屬天線，主要應用海水、鹽水、純凈水或其他有機、無機液體作為輻射體，設(shè)計實現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對國內(nèi)外已發(fā)表的非金屬天線的文獻查閱，目前得到研究的，主要包括：(1)用抽水機、水泵抽取海水，噴射出去，形成拋物線、半圓形弧狀或直立單臂鞭狀振子天線，主要用于海洋環(huán)境下艦船臨時無線通信；(2)以液體來代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬天線的一部分結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)液體和固體的混合，如液體微帶貼片天線，基板是固體介質(zhì)，貼片部分，更換為裝在塑料盒里的液體；或者，實現(xiàn)液體加載，對原金屬天線，加上一部分液體結(jié)構(gòu)，改善某方面的性能；(3)常規(guī)形式的靜態(tài)天線主要包括：液體介質(zhì)諧振天線、液體單極子天線等。金屬天線不足之處主要有：電氣性能一般不可重構(gòu)，用戶使用期間不能或無法調(diào)整，重量較大，相控陣天線可重構(gòu)，但造價高，系統(tǒng)復雜，體積通常也較大，不適合經(jīng)濟型小型化系統(tǒng)；使用水泵的海水天線體積大，能耗大；使用液體替代傳統(tǒng)天線的某一部分，或者用液體對經(jīng)典天線形式進行加載的天線，其性能指標通常不可調(diào)控。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明目的在于提供一種液體混合腔式可調(diào)控天線，以解決現(xiàn)有天線電氣性能不可重構(gòu)、重量體積大、能耗高的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種液體混合腔式可調(diào)控天線，包括空心腔體結(jié)構(gòu)的天線1以及與所述天線1連接的饋電端2；所述天線1內(nèi)部注入有液體；所述饋電端2包括同軸接頭21、微波介質(zhì)基板23以及設(shè)置于所述微波介質(zhì)基板23下方的金屬地24；所述天線1設(shè)置于微波介質(zhì)基板23上方；所述同軸接頭21貫穿微波介質(zhì)基板23和金屬地24設(shè)置，且所述同軸接頭21設(shè)有與所述天線1內(nèi)部液體連通的探針22。優(yōu)選的，所述天線1包括內(nèi)腔體11、外腔體12和調(diào)控柱13；所述內(nèi)腔體1設(shè)置在所述外腔體2內(nèi)部空腔，所述調(diào)控柱13貫穿所述內(nèi)腔體11和所述外腔體12下端通孔設(shè)置。優(yōu)選的，所述內(nèi)腔體11和外腔體12為同心圓柱腔體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，所述探針22與內(nèi)腔體11圓心位置的距離為0～8mm。優(yōu)選的，所述探針22長度為1.5～4.0mm。優(yōu)選的，所述內(nèi)腔體11和外腔體12材質(zhì)為聚四氟乙烯。優(yōu)選的，所述天線1內(nèi)部液體為純凈水與花生油混合物。優(yōu)選的，所述天線1內(nèi)部液體為海水與花生油混合物。優(yōu)選的，所述微波介質(zhì)基板23材質(zhì)為FR-4，介電常數(shù)為4.3，厚度為2.2mm。本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明的液體混合腔式可調(diào)控天線包括空心腔體結(jié)構(gòu)的天線以及與所述天線連接的饋電端；所述天線內(nèi)部注入有液體；所述饋電端包括同軸接頭、微波介質(zhì)基板以及設(shè)置于所述微波介質(zhì)基板下方的金屬地；所述天線設(shè)置于微波介質(zhì)基板上方；所述同軸接頭貫穿微波介質(zhì)基板和金屬地設(shè)置，且所述同軸接頭設(shè)有與所述天線內(nèi)部液體連通的探針，所述天線包括內(nèi)腔體、外腔體和調(diào)控柱；所述內(nèi)腔體設(shè)置在所述外腔體內(nèi)部空腔，所述調(diào)控柱貫穿所述內(nèi)腔體和所述外腔體下端通孔設(shè)置。通過拉動調(diào)控柱可使內(nèi)腔和外腔連通，調(diào)節(jié)內(nèi)腔和外腔內(nèi)液體高度，使得諧振點和帶寬變化，引起天線方向圖主瓣指向、增益數(shù)值的變化，實現(xiàn)液體分布的重構(gòu)，改變天線的輻射和匹配性能。本發(fā)明的液體混合腔式可調(diào)控天線結(jié)構(gòu)精簡，微波介質(zhì)基板可以為圓形，也可以是矩形或正方形，其形狀可以在尺寸大于外腔體外徑的前提下自由選擇，選擇的具體尺寸將影響天線輻射性能，但都可以實現(xiàn)有效輻射。本發(fā)明的液體混合腔式可調(diào)控天線微波介質(zhì)基板可以使用不同材料，介電常數(shù)可以從2～100之間選擇，其厚度可以在0.5～10mm范圍內(nèi)選擇，不同的選擇將對天線阻抗匹配性能和工作頻率范圍產(chǎn)生影響，需根據(jù)實際需求進行計算和分析。本發(fā)明的液體混合腔式可調(diào)控天線根據(jù)原始設(shè)計的不同，此天線的工作模式可分為兩種：單極子狀態(tài)和介質(zhì)諧振狀態(tài)。單極子狀態(tài)工作的天線，其液體要求全部或至少與探針相接的液體導電，比如海水(主要溶質(zhì)為氯化鈉，全球海洋平均濃度為3.5％；還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成分)、鹽水(氯化鈉溶液，濃度范圍1％-26.5％或飽和)或一部分離子液體。以介質(zhì)諧振狀態(tài)工作的天線，其液體要求全部為非導電材料，比如橄欖油、玉米油、花生油等植物油或純凈水等。本發(fā)明的液體混合腔式可調(diào)控天線內(nèi)腔體和外腔體材質(zhì)可以選擇聚四氟乙烯、塑料，也可以是微波介質(zhì)諧振材料，后者可以提供更多的設(shè)計靈活性。本發(fā)明的液體混合腔式可調(diào)控天線通過改變探針的長度可以引起天線匹配性能和輻射方向性方面的變化，探針長度范圍為1mm-15mm。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。附圖說明構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的液體混合腔式可調(diào)控天線單腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的液體混合腔式可調(diào)控天線雙腔結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的液體混合腔式可調(diào)控天線雙腔結(jié)構(gòu)俯視圖；圖4是本發(fā)明優(yōu)選實施例的單腔結(jié)構(gòu)分別注入純凈水、花生油、花生油和海水混合物、海水四種情況的阻抗匹配特性圖；圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例的單腔結(jié)構(gòu)分別注入花生油、花生油和純凈水混合物、花生油和海水混合物、海水四種情況的輻射方向圖；圖6是本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙腔結(jié)構(gòu)外腔注入高度16mm海水；內(nèi)腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內(nèi)腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內(nèi)腔注入16mm高度的海水四種情況阻抗匹配特性圖(上述四種情況內(nèi)腔均注有花生油)；圖7是本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙腔結(jié)構(gòu)外腔注入高度16mm海水；內(nèi)腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內(nèi)腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內(nèi)腔注入16mm高度的海水四種情況輻射方向圖(上述四種情況內(nèi)腔均注有花生油)；圖8是本發(fā)明優(yōu)選實施例的雙腔結(jié)構(gòu)外腔注入高度為5mm的海水，內(nèi)腔注入高度為11mm的海水；內(nèi)腔注入高度為16mm的海水；內(nèi)腔注入5mm高度海水，外腔注入11mm高度海水；外腔注入16mm高度海水四種情況輻射方向圖(上述四種情況外腔均注有花生油)；圖9是本發(fā)明優(yōu)選實施例的探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm阻抗匹配特性圖；圖10是本發(fā)明優(yōu)選實施例的探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm輻射方向圖；圖11是本發(fā)明優(yōu)選實施例的探針距離內(nèi)腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm抗匹配特性圖；圖12是本發(fā)明優(yōu)選實施例的探針距離內(nèi)腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm輻射方向圖。圖中：1、天線，11、內(nèi)腔體，12、外腔體，13、調(diào)控柱，2、饋電端，21、同軸接頭，22、探針，23，微波介質(zhì)基板，24、金屬地。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。參見圖1、圖2和圖3，液體混合腔式可調(diào)控天線包括空心腔體結(jié)構(gòu)的天線1以及與所述天線1連接的饋電端2；所述天線1內(nèi)部注入有液體；所述饋電端2包括同軸接頭21、微波介質(zhì)基板23以及設(shè)置于所述微波介質(zhì)基板23下方的金屬地24；所述天線1設(shè)置于微波介質(zhì)基板23上方；所述同軸接頭21貫穿微波介質(zhì)基板23和金屬地24設(shè)置，且所述同軸接頭21設(shè)有與所述天線1內(nèi)部液體連通的探針22，所述微波介質(zhì)基板23材質(zhì)為FR-4，介電常數(shù)為4.3，厚度為2.2mm。所述天線1包括內(nèi)腔體11、外腔體12和調(diào)控柱13；所述內(nèi)腔體1設(shè)置在所述外腔體2內(nèi)部空腔，所述調(diào)控柱13貫穿所述內(nèi)腔體11和所述外腔體12下端通孔設(shè)置。通過拉動調(diào)控柱13可使內(nèi)腔和外腔連通，所述內(nèi)腔為內(nèi)腔體11內(nèi)部空腔，所述外腔為外腔體12內(nèi)側(cè)與內(nèi)腔體11外側(cè)之間環(huán)形空腔部位。所述內(nèi)腔體11和外腔體12為同心圓柱腔體結(jié)構(gòu)，且所述內(nèi)腔體11和外腔體12材質(zhì)為聚四氟乙烯。所述探針22與內(nèi)腔體11圓心位置的距離為0～8mm，所述探針22長度為1.5～4.0mm。所述天線1內(nèi)部液體為純凈水與花生油混合物，純凈水在下，花生油在上，構(gòu)成介質(zhì)諧振天線的輻射部分，微波介質(zhì)基板23底部與銅制的金屬地24連接，探針22從底部饋電激勵。圖2、圖3中，外腔體12外圓半徑Rdro＝12mm，內(nèi)圓半徑Rqo＝10mm；內(nèi)腔體11外圓半徑Rdri＝8mm，內(nèi)圓半徑Rqi＝6mm；外腔體12和內(nèi)腔體11高度均為30mm，金屬地24厚度為0.035mm，微波介質(zhì)基板23和金屬地24為邊長為50mm的正方形。對本發(fā)明液體混合腔式可調(diào)控天線進行詳細的設(shè)計和仿真計算，獲得了多種組合形式的性能參數(shù)，掌握了相關(guān)的關(guān)鍵物理參數(shù)對天線性能的影響趨勢和變化情況。以下從單腔、雙腔兩種結(jié)構(gòu)闡述混合天線狀態(tài)和性能。圖4是在圖1單腔結(jié)構(gòu)內(nèi)分別注入純凈水、花生油、花生油和海水混合物、海水時測得的天線阻抗匹配特性(海水中主要溶質(zhì)為氯化鈉，濃度為3.5％，海水中還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成份)，以反射系數(shù)表征，工程需求為反射系數(shù)小于等于-10dB，從圖4中可以看出，當腔體內(nèi)注入花生油時，天線工作頻率最高，中心頻率為6.5GHz，注入純凈水時次之，有3.5GHz和1.8兩個頻點，注入海水時最低，為1.7GHz，而腔體內(nèi)注入花生油和海水的混合物時，其工作頻點為2.45GHz，處于ISM(IndustrialScientificMedical)工業(yè)、科研和醫(yī)療領(lǐng)域可自由使用的頻段內(nèi)。圖5是在圖1單腔結(jié)構(gòu)內(nèi)分別注入花生油、花生油和純凈水混合物、花生油和海水混合物、海水時測得的天線輻射方向圖(海水中主要溶質(zhì)為氯化鈉，濃度為3.5％，海水中還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成份)，從圖5中可以看出，腔體內(nèi)注入純凈水時，天線增益最高，方向性最強。圖6為雙腔結(jié)構(gòu)外腔注入高度16mm海水；內(nèi)腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內(nèi)腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內(nèi)腔注入16mm高度的海水四種情況下液體混合腔式可調(diào)控天線阻抗匹配特性圖(上述四種情況內(nèi)腔均注有花生油，海水中主要溶質(zhì)為氯化鈉，濃度為3.5％，海水中還包括氯化鎂、硫酸鎂等濃度在0.5％以下的成份)，工程需求為反射系數(shù)小于等于-10dB，從圖6中可以看出，在0～12GHz頻率范圍內(nèi)，四種狀態(tài)下均有可工作的頻段，其中，內(nèi)腔注有花生油，外腔注入高度16mm海水的工作頻率最高，為11.2GHz；內(nèi)腔注入花生油和高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水狀態(tài)次之，最高頻點為10.1GHz；內(nèi)腔注入花生油和高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水工作頻率最低，為3.1GHz。四種情況下，工作頻率都包括兩個或兩個以上具有一定頻率跨度的頻帶。表1給出了上述四種情況下對應的頻率特性數(shù)據(jù)，在該表中，“內(nèi)腔16，外腔0”代表內(nèi)腔海水高度是16mm，外腔海水高度為0(即外腔沒有海水)；“內(nèi)腔11，外腔5”代表內(nèi)腔注入高度為11mm海水，外腔注入高度5mm海水；“內(nèi)腔5，外腔11”代表內(nèi)腔注入高度5mm的海水，外腔注入高度11mm海水；“內(nèi)腔0，外腔16”代表外腔注入16mm高度的海水，內(nèi)腔沒有海水(上述四種情況下內(nèi)腔均注有花生油)。諧振頻率是指此種液體配置下，天線工作的三個頻帶各自的中心頻點。表1天線在不同液體分布情況下的工作頻率和帶寬液體分布(mm)諧振頻率(GHz)中心頻帶頻率范圍(GHz)中心頻帶相對帶寬內(nèi)腔16，外腔04.21，5.07，9.154.83-5.4311.70％內(nèi)腔11，外腔54.02，5.30，6.653.45-4.4822.99％內(nèi)腔5，外腔115.97，7.16，9.996.78-7.5310.48％內(nèi)腔0，外腔169.28，10.29，11.1510.66-11.769.81％圖7為雙腔結(jié)構(gòu)外腔注入高度16mm海水；內(nèi)腔注入高度為5mm海水，外腔注入高度11mm海水；內(nèi)腔注入高度11mm的海水，外腔注入高度5mm海水；內(nèi)腔注入16mm高度的海水四種情況下(頻率為10.29GHz)液體混合腔式可調(diào)控天線輻射方向圖(內(nèi)腔均有花生油)。從圖7可以看出海水全在外腔，內(nèi)腔沒有海水時的方向圖主瓣最窄，增益最高，而海水全在內(nèi)腔，內(nèi)腔沒有海水時的方向圖主瓣最寬，輻射能量最發(fā)散。圖8為雙腔結(jié)構(gòu)外腔注入高度為5mm的海水，內(nèi)腔注入高度為11mm的海水；內(nèi)腔注入高度為16mm的海水；內(nèi)腔注入5mm高度海水，外腔注入11mm高度海水；外腔注入16mm高度海水四種情況輻射方向圖(上述四種情況外腔均注有花生油)；圖9探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm阻抗匹配特性圖，從圖9可以看出，探針越短，天線工作頻率越高，但并沒有呈現(xiàn)線性增加的規(guī)律；探針長度越長，得到的最優(yōu)反射系數(shù)數(shù)值越小，即阻抗匹配特性越好。圖10是探針長度分別為1.5mm、2.0mm、2.8mm、4.0mm輻射方向圖，探針長度4.0mm時，增益最高。圖11為探針距離內(nèi)腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm抗匹配特性圖，四種狀態(tài)探針分別處于內(nèi)腔體圓心、內(nèi)腔體液體中、內(nèi)腔體固體介質(zhì)中及內(nèi)腔體外壁與外腔液體交界面出，四種情況下，反射系數(shù)差別較大，但都能獲得一定的工作頻帶。圖12為探針距離內(nèi)腔體圓心位置0mm、3mm、7mm、8mm輻射方向圖，四種情況下，天線最大輻射方向發(fā)生了改變，增益的具體數(shù)值也有所差異。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3