基于铋基液态金属的可重构天线及其制备方法

1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种基于铋基液态金属的可重构天线及其制备方法。


背景技术：

2.天线是用于接收或者发射无线电信号的设备，其作为无线通信系统中最基础的单元，对无线电信号的通信质量起到决定性作用。
3.为实现通讯的诸多目的，比如设备的小型化、智能化以及多功能化已经成为了现代通信系统的发展趋势。而很多的天线的集成，不仅会增加天线的搭建成本，天线之间的电磁干扰也会影响整个系统的工作性能。因此为了克服这一发展“瓶颈”，可重构天线的概念应运而生，其目的就是针对同一天线通过某种方式的改变根据所需要的状态实时去改变天线的性能。
4.可重构天线就是可以灵活的改变天线的结构，从而改变天线导电单元上电流的分布，实现不同的工作模式，对天线的频率、方向图和极化方式等特性参数进行可重构。现有的可重构天线结构复杂，多次重构操作之后，容易损坏。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于铋基液态金属的可重构天线及其制备方法，用以解决现有技术中上述技术问题，能够根据铋基液态金属的相变原理，对可重构天线进行不同角度的反复弯折，以及使铋基液态金属与基体共形实现支撑，结构简单，操作灵活方便，无其他运动部件。
6.为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种基于铋基液态金属的可重构天线，包括：基体；
7.所述基体内设有密闭且连通的铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道，所述铋基液态金属储液腔内设有设有加热后可向所述铋基液态金属流道流动的铋基液态金属，所述铋基液态金属储液腔外侧设有加热件；所述基体上设有馈线，所述馈线的一端插入所述铋基液态金属储液腔内，用以与所述铋基液态金属电连接。
8.根据本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，所述加热件包括以下形式中的任一种：
9.所述加热件为设置在所述基体底部的加热膜；
10.所述加热件为设置在所述基体底部的加热丝。
11.根据本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，所述加热丝由镓基液态金属涂覆而成。
12.根据本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，所述铋基液态金属的熔点范围为55℃-80℃。
13.根据本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，所述铋基液态金属为液态的
具有热胀冷缩性能的铋或铋基合金。
14.根据本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，所述基体至少包括聚二甲基硅氧烷和硅胶。
15.根据本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，所述铋基液态金属储液腔的轴线与所述铋基液态金属流道的轴线位于同一直线上。
16.根据本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，所述铋基液态金属储液腔的底部设有与其同轴的馈线孔，所述馈线孔内安装有所述馈线。
17.本发明的第二方面提供一种基于铋基液态金属的可重构天线的制备方法，包括如下步骤：
18.步骤s10：将主剂和固化剂按照1:10配比混合，将混合物置于真空干燥箱内抽真空；然后将混合物倒入模具中，制备出具有铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道的基体的副本，将两个对称设置的基体的副本键合形成基体；
19.步骤s20：将基体1放置在真空干燥箱内，在真空条件下将铋基液态金属灌注进入基体内的铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道内；
20.步骤s30：将氧化镓涂覆在基体的底面形成反射面，在反射面上旋涂pdms对氧化镓进行封装。
21.进一步的，在步骤s30之后，在pdms底部设置由镓基液态金属涂抹成的加热丝。
22.本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线，利用铋基液态金属加热之后的相变原理，控制基于铋基液态金属的可重构天线内部铋基液态金属的流动，以改变基于铋基液态金属的可重构天线的几何参数，进而实现重构天线工作参数的重构；铋基液态金属加热之后变为液相，充满铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道，使铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道内的铋基液态金属可以随基体进行弯折，以改变可重构天线的结构；停止加热铋基液态金属之后，铋基液态金属变为固相能够保持可重构天线的弯折形状，无需设置其他的支撑结构，使可重构天线的结构简单。
23.进而，本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线的制备方法，因包括上述的基于铋基液态金属的可重构天线，因此具备上述的所有优势。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线的结构示意图；
26.图2是本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线的仰视图。
27.图3是本发明提供的基于铋基液态金属的可重构天线的侧视图。
28.附图标记：
29.1、基体；2、铋基液态金属储液腔；3、铋基液态金属流道；4、铋基液态金属；5、加热件；6、反射面。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
32.请详细参阅图1至图3，对本发明的实施例进行描述。应当理解的是，以下描述仅是本发明的示意性实施方式，并未对本发明构成任何限定。
33.如图1所示，本发明提供的基于铋基液态金属4的可重构天线，包括基体1，基体1内设有密闭且连通的铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3，铋基液态金属储液腔2内设有加热后可向铋基液态金属流道3流动的铋基液态金属4，铋基液态金属储液腔2外侧设置有加热件7，用于对铋基液态金属储液腔2内的铋基液态金属4进行加热，以使其发生相变，实现任意弯折；基体1上设有馈线，馈线的一端插入铋基液态金属储液腔2内，用以与铋基液态金属4进行电连接，馈线的另一端从基体1的底部中心伸出。
34.可以理解的是，本发明利用铋基液态金属4加热之后的相变原理，控制基于铋基液态金属4的可重构天线内部铋基液态金属4的流动，以改变基于铋基液态金属4的可重构天线的几何参数，进而实现重构天线工作参数的重构；铋基液态金属4加热之后变为液相，充满铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3，使铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3内的铋基液态金属4可以随基体1进行弯折，以改变可重构天线的结构；停止加热铋基液态金属4之后，铋基液态金属4变为固相能够保持可重构天线的弯折形状，无需设置其他的支撑结构，使可重构天线的结构简单。
35.在一些实施例中，加热件7可以为以下形式中的任一种：
36.第一种是，加热件7可以为设置在基体1底部的加热膜，加热膜可以为电加热膜或石墨烯加热膜。
37.第二种是，加热件7可以为附着在基体1底部的由镓基液态金属涂抹成的蛇形状的加热丝。加热丝对基体1内的铋基液态金属4进行加热，使其从凝固状态变为液态，以填满铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3，从而对可重构天线进行不同角度的反复弯折，使可重构天线不会出现折痕或折断现象。
38.当可重构天线的弯折角度与与基体1完全贴合，并达到所需要的形状之后，停止加热丝加热，基体1内的铋基液态金属4逐渐降温。当铋基液态金属4凝固后，可以与基体1共形实现良好的支撑，无需设置其他的支撑部件。
39.其中，镓基液态金属可以为镓铟锡合金，其熔点为12摄氏度，具有良好的导热性能，导热率28w/m.k，是普通硅脂的6-10倍的导热热效率。
40.镓基液态金属在未氧化的前提下，表面张力较大，粘附性较弱；但是在氧化之后，
氧化镓的粘附性大幅度提高，可以很好的涂覆在pdms表面上，呈现膏状，不仅具备镓基液态金属高导电性的特点，又可以涂覆成任何形态的加热丝，以代替传统的加热膜或刚性加热丝，形成全柔性的加热丝与基体实现良好的共性。
41.因此，相比现有技术中采用热装置(硅胶发热片、云母发热片、mch发热片，陶瓷发热片、硅导发热片、pet电热膜聚酯发热片、铝箔发热片等)，即电阻加热器或电磁加热器进行加热，本方案中采用镓基液态金属做加热丝，柔性更好，加热丝与基体1能够实现共形。
42.在一些实施例中，基体1为发射体，其材质为绝缘材料，可以选用聚二甲基硅氧烷，基体1内设有密闭且连通的铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3。
43.其中，铋基液态金属储液腔2的形状可以包括多种，比如矩形、圆形、椭圆形、三角形、多边形或异形结构，只要能够满足可重构天线需要频段的任意形状均可以；铋基液态金属流道3的形状可以为圆柱状，且铋基液态金属储液腔2的轴线与铋基液态金属流道3的轴向共线，从而能够保证铋基液态金属储液腔2加热后铋基液态金属4完全充填至铋基液态金属流道3内。
44.在一些实施例中，铋基液态金属4具有高电导率以及很好的流动性，其熔点范围为55℃-80℃。可以为铋或铋基合金。
45.在常温状态下，铋基液态金属4为固相，具有一定的硬度，可以与基体1共形，以保持可重构天线的形状。
46.加热丝加热后，铋基液态金属4为液相，能够充填至铋基液态金属流道3，此时，可以对可重构天线进行不同角度的反复弯折，实现天线的参数重构。
47.在一些实施例中，铋基液态金属储液腔2的底部设有与其同轴的馈线孔(图中未示出)，馈线孔内安装有馈线，馈线的一端插入铋基液态金属储液腔2内，实现与铋基液态金属4的电连接，在一个例子中，馈线选用铜材质的微带线。
48.本发明提供的基于铋基液态金属4的可重构天线在制备过程中，可以采用如下步骤：
49.步骤s10：首先制备聚二甲基硅氧烷的基体1，即将主剂(pdms液体)和固化剂(交联剂)按照1:10配比混合，该比例下的混合物既可以满足一定的支撑硬度，又可以兼顾pdms的柔性。
50.将混合物置于真空干燥箱内抽真空20min左右，以去除混合物内的微小气泡；然后将混合物倒入模具中，按照预先设置的形状制备出具有铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3的基体1的副本，基体1的副本的中心有一个与铋基液态金属储液腔2连通的0.6mm的圆孔，通过该圆孔可以灌注铋基液态金属4，同时该圆孔可以充当馈线孔，用于安装馈线。
51.将两个对称设置的基体1的副本通过键合机键合在一起形成完整的内设有密闭且连通的铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3的基体1。
52.步骤s20：将基体1放置在真空干燥箱中，设置真空干燥箱的温度为80℃左右，铋基液态金属4在该温度条件下可以由固态转变为液态，并在真空条件下将铋基液态金属4灌注进入基体1内的铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3内。
53.步骤s30：将氧化镓涂覆在基体1的底面，作为可重构天线的反射面6，在反射面6上旋涂一层pdms完成对氧化镓的封装，以保证氧化镓不会裸露。
54.再在旋涂完的pdms底部设置由镓基液态金属涂抹成的蛇形结构作为加热丝5，为铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3提供加热功能。
55.本发明的工作过程如下：
56.当需要改变基于铋基液态金属4的可重构天线的形状时，由镓基液态金属制成的加热丝5为铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3提供热量，使铋基液态金属4达到相变温度时，铋基液态金属4由固相转变为液相，铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3就可以随基体1进行弯折。
57.当铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3弯曲到与基体1完全贴合时，停止加热丝5加热，待铋基液态金属4冷却，由液相转变为固相，铋基液态金属4具有一定的硬度，以使弯折后的可重构天线保持形状不便，实现其可重构以及共形的功能。
58.本发明的创新点在于：
59.首先，利用铋基液态金属4加热之后的相变原理，控制基于铋基液态金属4的可重构天线内部铋基液态金属4的流动，以改变基于铋基液态金属4的可重构天线的几何参数，进而实现重构天线工作参数的重构。
60.其次，铋基液态金属4加热之后变为液相，充满铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3，使铋基液态金属储液腔2和铋基液态金属流道3内的铋基液态金属4可以随基体1进行弯折，以改变可重构天线的结构；停止加热铋基液态金属4之后，铋基液态金属4变为固相能够保持可重构天线的弯折形状，无需设置其他的支撑结构，使可重构天线的结构简单。
61.需要说明的是，本发明各个实施例中的技术方案可以相互结合，但是相互结合的基础是以本领域普通技术人员能够实现为准；当技术方案的结合出现相互矛盾或者无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，即也不属于本发明的保护范围。
62.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，包括：基体；所述基体内设有密闭且连通的铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道，所述铋基液态金属储液腔内设有设有加热后可向所述铋基液态金属流道流动的铋基液态金属，所述铋基液态金属储液腔外侧设有加热件；所述基体上设有馈线，所述馈线的一端插入所述铋基液态金属储液腔内，用以与所述铋基液态金属电连接。2.根据权利要求1所述的基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，所述加热件包括以下形式中的任一种：所述加热件为设置在所述基体底部的加热膜；所述加热件为设置在所述基体底部的加热丝。3.根据权利要求2所述的基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，所述加热丝由镓基液态金属涂覆而成。4.根据权利要求1所述的基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，所述铋基液态金属的熔点范围为55℃-80℃。5.根据权利要求4所述的基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，所述铋基液态金属为液态的具有热胀冷缩性能的铋或铋基合金。6.根据权利要求1所述的基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，所述基体至少包括聚二甲基硅氧烷、硅胶。7.根据权利要求1所述的基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，所述铋基液态金属储液腔的轴线与所述铋基液态金属流道的轴线位于同一直线上。8.根据权利要求1所述的基于铋基液态金属的可重构天线，其特征在于，所述铋基液态金属储液腔的底部设有与其同轴的馈线孔，所述馈线孔内安装有所述馈线。9.一种基于铋基液态金属的可重构天线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s10：将主剂和固化剂按照1:10配比混合，将混合物置于真空干燥箱内抽真空；然后将混合物倒入模具中，制备出具有铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道的基体的副本，将两个对称设置的基体的副本键合形成基体；步骤s20：将基体1放置在真空干燥箱内，在真空条件下将铋基液态金属灌注进入基体内的铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道内；步骤s30：将氧化镓涂覆在基体的底面形成反射面，在反射面上旋涂pdms对氧化镓进行封装。10.根据权利要求9所述的基于铋基液态金属的可重构天线的制备方法，其特征在于，在步骤s30之后，在pdms底部设置由镓基液态金属涂抹成的加热丝。

技术总结
本发明涉及天线技术领域，提供一种基于铋基液态金属的可重构天线及其制备方法，基于铋基液态金属的可重构天线包括基体，所述基体内设有密闭且连通的铋基液态金属储液腔和铋基液态金属流道，所述铋基液态金属储液腔内设有加热后可向所述铋基液态金属流道流动的铋基液态金属，所述铋基液态金属储液腔外侧设有加热件；所述基体上设有馈线，所述馈线的一端插入所述铋基液态金属储液腔内，用以与所述铋基液态金属电连接。本发明能够根据铋基液态金属的相变原理，对可重构天线进行不同角度的反复弯折，以及使铋基液态金属与基体共形实现支撑，无其他运动部件，结构简单，操作灵活方便。操作灵活方便。操作灵活方便。


技术研发人员：王乾宇 覃鹏 邓中山
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：2022.02.15
技术公布日：2023/8/28