[发明专利]一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线及制备方法

权利要求书

1.一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线，其特征在于，包括应力传导介质(6)、压电堆(1)、磁致伸缩材料(2)和线圈(4)；两个应力传导介质(6)之间平行设置压电堆(1)和磁致伸缩材料(2)；线圈(4)螺旋缠绕在磁致伸缩材料(2)上；

压电堆(1)包括压电材料(7)和叉指电极(3)；若干层压电材料(7)纵向叠加排布，每相邻两层压电材料(7)的极化方向相反，且每相邻两层压电材料(7)之间设置有一层叉指电极(3)；

压电堆(1)和磁致伸缩材料(2)的两端均设置有半球形端帽(10)，半球形端帽(10)对应处的应力传导介质(6)上设置有锥形槽端帽(11)，半球形端帽(10)嵌套在锥形槽端帽(11)内；

压电堆(1)和磁致伸缩材料(2)之间平行设置有铰链(5)，铰链(5)的两端分别铰接在两个应力传导介质(6)上；

半球形端帽(10)的尺寸满足其切面能够完整覆盖压电堆(1)和磁致伸缩材料(2)的上下表面；锥形槽端帽(11)的底面半径和厚度与半球形端帽(10)的半径相同；铰链(5)在连接应力传导介质(6)后能将压电堆(1)和磁致伸缩材料(2)卡在两端；

该天线利用逆磁电效应工作：通过叉指电极向压电施加电压信号时，压电堆感应到电场的变化并在其内部产生机械振动，该振动利用应力传导介质构成的杠杆结构压缩和磁致伸缩材料，以体声波的形式将振动传递过去，在偏置磁场条件下引起磁致伸缩材料内部磁化强度的变化，并在周围自由空间中激发出电磁波，实现了信号的发射功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线，其特征在于，若干层压电材料(7)外部侧面涂覆环氧树脂(8)。

3.根据权利要求1所述的一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线，其特征在于，压电堆(1)为多层结构，材料为AlN、石英、LiNbO₃、BaTiO₃、ZnO、Pb(Zr,Ti)O₃、Pb(Mg,Nb)O₃-PbTiO₃、Pb(Zn,Nb)O₃-PbTiO₃或BiScO₃-PbTiO₃中的一种；

磁致伸缩材料(2)为Metglass、Tb-Dy-Fe、FeCo、FeCoB、FeGaB、NiZn铁氧体、Ni-Co铁氧体或SmFe中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线，其特征在于，叉指电极(3)材料采用Au、Ag、Al、Cu或Pt，形状为薄片状，横截面与压电堆(1)的横截面相同；线圈(4)为塑料外壳的绝缘线；应力传导介质(6)、锥形槽端帽(11)的材料为弹性模量大于60GPa的抗磁性金属、合金或者工程塑料；半球形端帽(10)为氧化铝、氧化锆、碳化硅中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线，其特征在于，压电堆(1)为多层结构，横截面为直径1-10mm的圆形，或长度为1-20mm，宽度为1-20mm的长方形，每层压电材料(7)的厚度为0.01-2mm；磁致伸缩材料(2)为直径为1-10mm的圆柱体，或者横截面积小于200mm²的长方体、正方体。

6.一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线的制备方法，其特征在于，基于权利要求1至5任意一项所述的一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线，包括以下步骤：

步骤1，提供多片压电材料，将压电材料切割成需要的尺寸，并用超纯水超声清洗干净；

步骤2，将每片压电材料(7)的上下表面通过电镀、银浆退火等方式做好银电极，并沿厚度方向极化；

步骤3，将叉指电极(3)夹在两层压电材料(7)之间，相邻的两层压电材料(7)的极化方向(9)相反，通过堆叠方式形成多层压电堆，在预紧力作用下，在压电堆侧面涂覆环氧树脂(8)，固化后形成多层压电堆(1)；

步骤4，提供所需的磁致伸缩材料，将磁致伸缩材料制作成需要的尺寸，并用超纯水超声清洗干净；

步骤5，在磁致伸缩材料(2)上均匀缠绕线圈(4)，线圈通电后用于提供偏置磁场；

步骤6，提供两块大小相同的所需应力传导材料，平行放置后在中间合适位置通过铰链连接形成对称或不对称的“工”字形杠杆结构，也可直接利用一块应力传导材料制作成类似的“工”字形结构，使在应力传导介质和铰链所在的平面内，上下两部分材料均可以绕各自与铰链的连接点转动；

步骤7，提供所需的陶瓷材料和与步骤6中材料相同的应力传导材料，分别切割成合适尺寸的四个半球形端帽与四个锥形槽端帽(11)；

步骤8，用环氧树脂将四个半球形端帽(10)分别粘合在压电堆(1)和磁致伸缩材料(2)的上下表面，将四个锥形槽端帽(11)分别粘合在“工”字形杠杆结构四个自由端的内侧；

步骤9，将压电堆(1)与磁致伸缩材料(2)分别卡在杠杆两端，分别被应力传导介质6的左右两端夹持，使对应位置的半球形端帽(10)和锥形槽端帽(11)结合。