[发明专利]基于二维可拉伸柔性腔体的液态金属可重构阵列天线

说明书

本发明属于天线技术领域，涉及一种基于二维可拉伸柔性腔体的液态金属可重构阵列天线及其重构方法。本发明利用液态金属的流动性构建频率可重构微带天线，液态金属填充于密封柔性介质腔中，柔性介质腔可实现400％拉伸伸长，通过拉伸柔性介质腔改变液态金属辐射体的尺寸，实现5～18GHz内工作频率连续可调。相较于应用射频器件的可重构天线，本发明天线可以在大频率范围内实现连续调谐。辐射体伸长通过自动化拉伸设备实现，相较于注射式可重构液态金属天线稳定性实用性更强。

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种基于二维可拉伸柔性腔体的液态金属可重构阵列天线及其重构方法，利用介质腔体承载液态金属构成辐射贴片，使贴片形状能够根据应用要求而发生变化，从而实现天线工作频率的重构。

背景技术

近些年，随着无线通信技术和新兴应用的飞速发展，无线系统拥有超大容量、多种功能和超宽工作带宽成为必然趋势，系统为了实现多功能就需要多个天线工作，但是当天线变多时，无线系统势必会出现电磁干扰、电磁兼容性变差、重量增加、尺寸变大等问题。因此，可重构天线由于有多种工作模式、高效率、小尺寸等特性及形式受到广泛关注。

可重构技术包括频率可重构、极化可重构、方向图可重构。到目前为止，常见的可重构天线应用变容二极管、pin二极管、液晶材料等实现重构，这些器件都需要一定大小的直流电压实现状态切换和控制，这增加了天线整体结构的复杂性，同时引入非线性效应和功率容量的限制。

镓铟合金是一种无毒、高流动性、高电导率的液体材料，利用液态金属替代射频开关实现可重构可以避免功率损耗和非线性效应，且液态金属可重构天线的频率可重构范围更大，在可重构领域有很大的应用前景。结合使用液态金属和柔性介质材料，有望实现高柔软特性的柔性天线和可穿戴天线。

传统微带天线具有剖面低、体积小、成本低、易于安装等优点，但往往由于Q值较高导致带宽较窄。利用传统可重构技术可使微带天线在较宽频带上实现频率重构。NghiaNguyen-Trong等人在IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION上发表的“AFrequency-and Polarization-Reconfigurable Stub-Loaded Microstrip PatchAntenna”中提出一种微带天线，在2.4–3.6GHz的频率范围内，通过12个变容二极管实现了频率和极化可重构；Ahmed A.Kishk等人发表的“Frequency Reconfigurable U-SlotMicrostrip Patch Antenna”中提出一种U型槽可重构微带天线，利用可变电容可以实现2.6～3.35GHz范围内的频率重构。总体而言，这类型天线频率重构范围较窄，不满足超宽带重构要求，且重构实现往往需要多个开关器件共同作用，天线整体复杂度较高。2019年，Yahya Rahmat-Samii等人发表的“Wideband Frequency Reconfigurable Patch AntennaWith Switchable Slots Based on Liquid Metal and 3-D Printed Microfluidics”文章中提出一种用液态金属和3D打印微流管实现可重构微带天线的方式，在瞬时带宽为2％的情况下实现70％带宽范围的频率重构。液态金属的应用实现了较大范围的频率可重构，但填充抽取微流管的形式使重构过程缓慢且不精确，管内液态金属具有较大流动性，造成天线整体工作性能的不稳定。

目前发表的关于液态金属可重构微带天线的论文或专利都存在上述的问题，即没有充分利用到液态金属的特性，且调控液态金属的方式过于繁琐和不稳定，暂时难以满足超宽带可重构天线的实际应用。为了解决该技术难题，本发明提出了一种基于液态金属的超宽带频率可重构微带贴片天线阵列，实现了5～18GHz的频率重构范围。

发明内容