本實(shí)用新型涉及通訊
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)中，常見的無線系統(tǒng)包括雷達(dá)、通信、導(dǎo)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)。現(xiàn)有的液體天線主要包括兩類：第一種、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(jì)方法與常規(guī)金屬天線接近。當(dāng)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。第二種、非金屬液體天線，此種天線主要應(yīng)用海水、鹽水、純凈水或其他有機(jī)、無機(jī)液體作為輻射體，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)天線結(jié)構(gòu)。經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外已發(fā)表的非金屬液體天線的文獻(xiàn)查閱，目前得到研究的，主要包括：(1)用抽水機(jī)、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(shí)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(shí)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)，將其貼片部分更換為裝在塑料盒里的液體；或者，實(shí)現(xiàn)液體加載，對(duì)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)液體天線。主要包括：液體介質(zhì)諧振天線、液體單極子天線等?，F(xiàn)有技術(shù)中存在的天線主要有以下不足之處：(1)金屬天線的不足之處主要有：電氣性能通常不可重構(gòu)，用戶使用期間不能或無法調(diào)整，重量較大，價(jià)格較高；(2)使用水泵的海水天線體積大，能耗大；(3)布料織物天線的不足，主要是因?yàn)槠鋵?dǎo)電性弱，導(dǎo)致輻射能力弱，輻射增益低，效率低，能量損失較大；(4)變形振子天線和磁環(huán)天線，以及鈕扣天線和皮帶扣天線，有個(gè)共同特點(diǎn)是物理尺寸小，電尺寸受限，輻射方向性較弱，輻射和接收無線電能量不夠集中。綜上所述，急需一種結(jié)構(gòu)精簡、攜帶方便、輻射角度廣泛以及性能好的液體天線以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型目的在于提供一種結(jié)構(gòu)精簡、攜帶方便、輻射角度范圍大以及性能好的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線，具體技術(shù)方案如下：一種柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線，包括呈螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)置的液體天線以及與液體天線連接的饋電端；所述液體天線包括空心的軟管以及注入所述軟管內(nèi)部的導(dǎo)電液體；所述饋電端包括微帶基板以及設(shè)置在所述微帶基板上的同軸接頭；所述同軸接頭內(nèi)設(shè)有與所述液體天線中的導(dǎo)電液體連通的探針；所述液體天線的一端與同軸接頭連接，其另一端設(shè)有用于密封導(dǎo)電液體的密封件。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，還包括空心的支撐圓管，所述支撐圓管的一端固定在所述微帶基板上，所述液體天線呈螺旋上升狀纏繞在所述支撐圓管的外壁上。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述支撐圓管的中心軸線垂直于所述微帶基板的上表面設(shè)置，且所述微帶基板的上表面的中心點(diǎn)位于所述支撐圓管的中心軸線上；所述同軸接頭貫穿所述微帶基板設(shè)置，且其緊貼所述支撐圓管的外壁設(shè)置。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述支撐圓管的內(nèi)徑、外徑和長度分別為8mm、10mm和185mm；所述支撐圓管的材質(zhì)為硬質(zhì)塑料。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述微帶基板的材料為RogersRT5880,其長、寬和高分別為100mm、70mm和1.2mm，其介電常數(shù)為2.2。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述液體天線包括由下至上依次串聯(lián)的豎直段和螺旋段，所述豎直段的下端與所述同軸接頭連接，所述豎直段的上端與所述螺旋段的下端連接；所述豎直段的高度為17mm；所述螺旋段中：螺旋圈數(shù)為8，螺距為21mm。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述豎直段和螺旋段的直徑均為25mm。以上技術(shù)方案中優(yōu)選的，所述密封件包括夾子或者封口塞。應(yīng)用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，具有以下有益效果：(1)本實(shí)用新型的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線包括呈螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)置的液體天線以及饋電端；所述液體天線包括空心的軟管以及注入所述軟管內(nèi)部的導(dǎo)電液體；所述饋電端包括微帶基板以及設(shè)置在所述微帶基板上的同軸接頭；所述同軸接頭內(nèi)設(shè)有與所述液體天線中的導(dǎo)電液體連通的探針。本實(shí)用新型的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線結(jié)構(gòu)精簡；液體天線呈螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)水平全向、軸向以及斜上方圓周方向的輻射，滿足現(xiàn)實(shí)生活中全方位輻射的需求，且輻射性能好；液體天線采用空心的軟管和導(dǎo)電液體的組合，柔性好，可折疊，便于安裝和收納；所選用微帶基板可以采用以下結(jié)構(gòu)：僅底面導(dǎo)電，與支撐管和導(dǎo)電液體所在軟管接觸的上表面是介質(zhì)絕緣材料。(2)本實(shí)用新型中還包括空心的支撐圓管，所述支撐圓管的一端固定在所述微帶基板上，所述液體天線呈螺旋狀纏繞在所述支撐圓管的外壁上。支持圓管用于支撐液體天線，便于安裝和使用。微帶基板、支撐圓管以及同軸接頭的位置關(guān)系設(shè)置，首先能夠使得饋電點(diǎn)位于螺旋垂直投影圓面的邊緣，獲得等直徑結(jié)構(gòu)；其次可以保證牢固的饋電接頭安裝；再次能夠?yàn)橐后w輻射結(jié)構(gòu)提供良好的金屬反射平面，提高天線的前向輻射能力。(3)本實(shí)用新型中支撐圓管的內(nèi)徑、外徑和長度分別為8mm、10mm和185mm；所述支撐圓管的材質(zhì)為硬質(zhì)塑料，材料容易獲得，便于制作。(4)本實(shí)用新型中微帶基板的材料為RogersRT5880，其長、寬和高分別為100mm、70mm和1.2mm，其介電常數(shù)為2.2，滿足本實(shí)用新型液體天線阻抗匹配方面的需求，提高天線的總體輻射效率。(5)本實(shí)用新型中所述液體天線包括由下至上依次串聯(lián)的豎直段以及螺旋段，上端螺旋可起到電磁波引導(dǎo)作用，依次增強(qiáng)天線的前向輻射能力。豎直段和螺旋段的尺寸規(guī)格設(shè)計(jì)，與天線的工作波長直接相關(guān)。特別是螺旋直徑與波長的比值，決定著天線輻射方向性，最終影響電磁波在空間的分布。而天線的螺距影響相鄰螺旋之間的電磁耦合，對(duì)輻射方向性亦有一定的影響。(6)本實(shí)用新型中液體天線的上部通過包含夾子或封口塞的密封件進(jìn)行密封，部件容易獲得，確保液體天線正常使用。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本實(shí)用新型還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖說明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1是本實(shí)用新型優(yōu)選實(shí)施例1的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中液體天線的斷面圖；圖3為實(shí)施例1中柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線的螺旋直徑和輻射方向性的關(guān)系圖；圖4為實(shí)施例1中水平全向液體螺旋天線的極坐標(biāo)二維方向圖；圖5為實(shí)施例1中軸向輻射液體螺旋天線的極坐標(biāo)二維方向圖；圖6為實(shí)施例1中斜上方輻射液體螺旋天線的極坐標(biāo)二維方向圖；圖7為激勵(lì)和饋電探針長度對(duì)液體螺旋天線的阻抗匹配特性的影響示意圖；圖8為微帶介質(zhì)基板厚度對(duì)液體螺旋天線的阻抗匹配特性的影響示意圖；圖9為饋電段液體半徑對(duì)液體螺旋天線的阻抗匹配的影響示意圖；圖10為實(shí)測的液體螺旋天線反射系數(shù)與仿真計(jì)算結(jié)果的比對(duì)圖；圖11為在微波暗室進(jìn)行液體螺旋天線方向圖測試示意圖之一；圖12為在微波暗室進(jìn)行液體螺旋天線方向圖測試示意圖之二；其中，1、液體天線，1.1、軟管，1.2、導(dǎo)電液體；2、饋電端，2.1、微帶基板，2.2、同軸接頭，2.3、探針；3、支撐圓管；A、豎直段，B、螺旋段。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。實(shí)施例1：參見圖1-2，一種柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線，可隨身攜帶，需要的時(shí)候才取出安裝，實(shí)際就是簡單纏繞即可。不用的時(shí)候，可折疊收納，輕便，方便攜帶，易于使用。本實(shí)施例的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線包括呈螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)置的液體天線1、與所述液體天線1連接的饋電端2以及空心的支撐圓管3。所述液體天線1包括空心的軟管1.1以及注入所述軟管1.1內(nèi)部的導(dǎo)電液體1.2，此處的軟管為彈性橡膠軟管，其內(nèi)徑和外徑分別為1.5mm和2.5mm；所述導(dǎo)電液體1.2采用氯化鈉溶液，其中氯化鈉的濃度為3.5％。所述饋電端2包括微帶基板2.1以及設(shè)置在所述微帶基板2.1上的同軸接頭2.2，所述支撐圓管3的一端固定在所述微帶基板2.1上，所述液體天線1呈螺旋上升狀纏繞在所述支撐圓管3的外壁上，具體是：所述支撐圓管3的中心軸線垂直于所述微帶基板2.1的上表面設(shè)置，且所述微帶基板2.1的上表面的中心點(diǎn)位于所述支撐圓管3的中心軸線上；所述同軸接頭2.2貫穿所述微帶基板2.1設(shè)置，且其緊貼所述支撐圓管3的外壁設(shè)置。所述同軸接頭2.2內(nèi)設(shè)有與所述液體天線1中的導(dǎo)電液體1.2連通的探針2.3。所述液體天線1的一端與所述同軸接頭2.2連接，其另一端設(shè)有用于密封所述導(dǎo)電液體1.2的密封件(密封件包括夾子或封口塞)。所述支撐圓管3的內(nèi)徑、外徑和長度Hs分別為8mm、10mm和185mm；所述支撐圓管3的材質(zhì)為硬質(zhì)塑料。所述微帶基板2.1的材料為RogersRT5880,其長Lg、寬和高分別為100mm、70mm和1.2mm，其介電常數(shù)為2.2。所述液體天線1包括由下至上依次串聯(lián)的豎直段A和螺旋段B，所述豎直段A的下端與所述同軸接頭2.2連接，所述豎直段A的上端與所述螺旋段B的下端連接；所述豎直段A的高度Hv為17mm；所述螺旋段B中：螺旋圈數(shù)為8，螺距Ds為21mm。所述豎直段A和螺旋段B的直徑均為25mm。本實(shí)施例的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線的螺旋直徑和輻射方向性的關(guān)系詳見圖3，圖上中下方是螺旋天線示意圖，上方是對(duì)應(yīng)的輻射方向示意圖，其中：D代表直徑，λ是電磁波的波長。從左到右，二者的比值增大。在比值小于0.18時(shí)，其輻射主要在水平方向，當(dāng)比值介于0.25與0.46之間時(shí)，主要輻射能力在螺旋天線的正上方，當(dāng)比值大于0.5時(shí)，主瓣塌陷，輻射的主要方向是斜上方。本實(shí)施例的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線方向圖隨直徑與波長之比的變化關(guān)系詳見表1，此表所提供的數(shù)據(jù)，具有一定的普適性，適用于使用鹽溶液設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的其他尺寸的螺旋天線，無論其螺距、螺旋直徑、螺旋圈數(shù)及工作頻率和工作波長如何，均符合該表所述的定性規(guī)律，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。表1柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線方向圖隨直徑與波長之比的變化關(guān)系表輻射方向水平全向軸向斜上方圓周直徑(mm)252525頻率范圍(GHz)<1.21.2-4.8>4.8波長范圍(mm)>25062.5-250<62.5比值(D/λ)<0.10.1-0.4>0.4對(duì)應(yīng)的金屬天線比值(D/λ)<0.180.25-0.46>0.5針對(duì)本實(shí)施例的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線，分別以二維坐標(biāo)給出三組方向圖，詳情如下：水平全向柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線的極坐標(biāo)二維方向圖詳見圖4，此圖表明：距離圓心越遠(yuǎn)，說明在該角度下輻射能力越強(qiáng)，四條曲線是來自于方位角和俯仰角的組合，分別為0度和90度時(shí)。軸向輻射的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線的極坐標(biāo)二維方向圖詳見圖5，此圖表明：距離圓心越遠(yuǎn)，說明在該角度下輻射能力越強(qiáng)，四條曲線是來自于方位角和俯仰角的組合，分別為0度和90度時(shí)。斜上方輻射的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線三維方向圖大致具有斜上方輻射的特點(diǎn)，中間是非常弱的凹點(diǎn)。但并不是像圖3中所示的那么完美，這是實(shí)際能做到的情況。實(shí)際上，金屬螺旋天線也做不到圖3中那么標(biāo)準(zhǔn)的輻射形狀。斜上方輻射的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線極坐標(biāo)二維方向圖詳見圖6，此圖表明：距離圓心越遠(yuǎn)，說明在該角度下輻射能力越強(qiáng)，四條曲線是來自于方位角和俯仰角的組合，分別為0度和90度時(shí)。本實(shí)施例技術(shù)方案中，激勵(lì)和饋電探針長度Lp對(duì)液體螺旋天線的阻抗匹配特性的影響詳見圖7和表2，圖中給出的是反射系數(shù)，在天線工程中以此來表現(xiàn)匹配特性。分別給出了探針長度2mm、5mm、8mm和12mm的情況。從圖7中可見，隨著探針的加長，諧振頻率不斷降低，大致從2.5GHz到2.2，1.9和1.7GHz。表2饋電探針長度對(duì)液體天線的影響本實(shí)施例技術(shù)方案中，微帶介質(zhì)基板厚度對(duì)液體螺旋天線的阻抗匹配特性的影響詳見圖8和表3，從圖8和表3中可見，隨著厚度的增大，從0.6mm到2.0mm的厚度，引起的諧振頻率降低，大致從1.75GHz到1.62GHz。表3微帶介質(zhì)基板厚度對(duì)阻抗匹配特性的影響本實(shí)施例中，饋電段液體半徑對(duì)液體螺旋天線的阻抗匹配的影響詳見圖9和表4，根據(jù)圖9和表4可知，隨著半徑從1mm到1.5，2和2.5mm，諧振頻率降低(從2.0GHz到了1.6GHz)。表4饋電段液體半徑對(duì)匹配的影響液體半徑(mm)1.01.52.02.5中心頻率(GHz)2.021.791.731.64最小反射系數(shù)(dB)-21.4-23.5-17.7-15.8頻率范圍(GHz)1.51-1.801.58-1.911.61-1.991.83-2.26相對(duì)帶寬17.5％18.9％21.1％21.0％針對(duì)本實(shí)施例的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線，采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對(duì)柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線進(jìn)行阻抗匹配特性測試，目的是：實(shí)際測試反射系數(shù)，用于反映阻抗匹配特性。實(shí)測的液體螺旋天線的反射系數(shù)與仿真計(jì)算結(jié)果的比對(duì)詳見圖10，從圖10中可以看出：兩者結(jié)果吻合較好，諧振頻率和帶寬接近，只是在具體數(shù)值上有所差異，屬于理論與實(shí)際的正常誤差范圍。針對(duì)本實(shí)施例的柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線，在微波暗室進(jìn)行柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線方向圖測試，主要儀器使用安立Anritsu公司37369A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，配合超寬帶加脊喇叭天線(1-12GHz)和水平單軸轉(zhuǎn)臺(tái)，完成電壓駐波比、方向圖等技術(shù)指標(biāo)測試，分別獲得水平和垂直極化方向性數(shù)據(jù)。加脊喇叭天線作為發(fā)射端，柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線放置于轉(zhuǎn)臺(tái)上，作為接收端，兩天線距離5m，高度一致，發(fā)射信號(hào)并讀取矢網(wǎng)的S參數(shù)。測試帶寬為40MHz-3.0GHz，詳見圖11(theta處于90度，phi從0到360度)和圖12(phi處于90度，theta從0到360度)，從圖11和圖12可知：仿真結(jié)果和實(shí)測結(jié)果非常接近，且不同參數(shù)配置情況下，天線工作頻率處于1.2GHz-2.6GHz范圍，相對(duì)帶寬大于20％，最大值達(dá)到24.1％，屬于超寬帶天線。因此，充分說明本實(shí)用新型技術(shù)方案所得柔性可折疊可調(diào)控的液體螺旋天線的優(yōu)質(zhì)性能和適用性強(qiáng)。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3