[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

说明书

一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线及制备方法，包括应力传导介质、压电堆、磁致伸缩材料和线圈；两个应力传导介质之间平行设置压电堆和磁致伸缩材料；线圈螺旋缠绕在磁致伸缩材料上；压电堆包括压电材料和叉指电极；若干层压电材料纵向叠加排布，每相邻两层压电材料的极化方向相反，且每相邻两层压电材料之间设置有一层叉指电极。本发明的天线具有体积小，在高电损耗环境中近场损耗低、信号传播距离远的优点。

技术领域

本发明属于天线技术领域，特别涉及一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线及制备方法。

背景技术

在水下、地底以及人体内部等环境下进行通讯要求天线能够在有损耗的导电环境中传输信号。传统电学天线近场主要是电场，在这些环境中信号损耗较大。另外，为了增强信号的穿透能力，在这些环境下常常使用超低频(ULF,300Hz至3kHz)信号。传统天线主要依赖电磁共振，这使得天线的尺寸通常大于电磁波波长的十分之一，否则会影响信号的带宽和增益。因此，当信号频率较低时，天线的尺寸相应会非常大，限制其在集成器件、物联网、分布式传感等新兴领域的应用，在不影响性能的前提下将天线小型化是一个重要的挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线及制备方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线，包括应力传导介质、压电堆、磁致伸缩材料和线圈；两个应力传导介质之间平行设置压电堆和磁致伸缩材料；线圈螺旋缠绕在磁致伸缩材料上；

压电堆包括压电材料和叉指电极；若干层压电材料纵向叠加排布，每相邻两层压电材料的极化方向相反，且每相邻两层压电材料之间设置有一层叉指电极。

进一步的，压电堆和磁致伸缩材料的两端均设置有半球形端帽，半球形端帽对应处的应力传导介质上设置有锥形槽端帽，半球形端帽嵌套在锥形槽端帽内。

进一步的，若干层压电材料外部侧面涂覆环氧树脂。

进一步的，压电堆和磁致伸缩材料之间平行设置有铰链，铰链的两端分别交接在两个应力传导介质上。

进一步的，压电堆为多层结构，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；

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

进一步的，叉指电极材料采用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；线圈为塑料外壳的绝缘线；应力传导介质、锥形槽端帽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；半球形端帽为氧化铝、氧化锆、碳化硅等中的一种。

进一步的，压电堆为多层结构，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，每层压电材料的厚度为0.01-2mm；磁致伸缩材料为直径为1-10mm的圆柱体，或者横截面积小于200mm²的长方体、正方体。

进一步的，半球形端帽的尺寸满足其切面能够完整覆盖压电堆和磁致伸缩材料的上下表面；锥形槽端帽的底面半径和厚度与半球形端帽的半径相同；铰链在连接应力传导介质后能将压电堆和磁致伸缩材料卡在两端。

进一步的，一种基于逆磁电效应的超低频磁电天线的制备方法，包括以下步骤：