[发明专利]基于磁致伸缩压电材料的磁电天线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于磁致伸缩压电材料的磁电天线，包括磁致伸缩材料层、压电材料层、叉指电极和硅悬浮衬底。基于磁致伸缩压电材料的磁电天线的制备方法，首先对整块硅衬底进行刻蚀使其成为硅悬浮衬底，进而采用磁控溅射法在硅悬浮衬底表面制作叉指电极，进一步采用磁控溅射法在叉指电极上沉积压电材料层，最后采用磁控溅射法在压电材料层上沉积磁致伸缩材料层制得磁电天线。本文的天线利用磁致伸缩效应将电磁波变换为机械振动，并利用高灵敏振动感应系统将机械振动转换为电信号，可实现电磁波的间接感应，且不受电学天线λ/4波长理论限制，具有高灵敏、小型化的优点，并且本发明可将现有天线尺寸缩小数个数量级。

技术领域

本发明属于天线小型化以及微纳加工技术领域，涉及一种基于磁致伸缩压电材料的磁电天线及其制备方法。

背景技术

传统天线依靠电磁波共振，这导致天线尺寸与电磁波长相当。因此，天线的尺寸通常大于波长的十分之一。若天线的尺寸过小，会导致天线Q值急剧升高，带宽过窄。一般情况下靠牺牲天线的带宽和增益来实现天线的小型化。所以在保证天线性能的前提下进一步实现天线的小型化是几十年来的一个公开挑战。

目前基于天线小型化的研究有：1、基于空间填充曲线的天线，即通过对天线按一定形状弯曲，以提高空间利用率。申请号为201710757751.1，发明名称为“一种小型化Koch分形天线及其设计方法”，申请日为2017年8月29日，该发明提出一种分型天线，该天线包括辐射体、接地板、介质基板、馈线、感应环和覆盖膜，在传统的Koch分形天线基础上进一步减少体积、提高了带宽，但天线大小减少有限，且在增益上有所不足。2、减慢天线结构中电磁波的传播速度，即可将电抗性负载(电感性或电容性)并入传输线结构中。这种类型的负载引入了时间延迟(相移)并减缓了电磁波的传播。申请号为201710139252.6，发明名称为“一种基于容性加载的小型化天线”，申请日为2017年3月9日，该发明提出一种电容性加载天线，该天线包括馈电同轴线，以及平行设置的金属桶和接地板，其在不减小工作带宽的情况下将传统天线大小的一半，但天线全高仍有40cm。3、基于超材料的技术，即通过利用高介电常数/磁导率材料，以及超材料改变天线结构的电磁特性来实现天线的小型化。申请号为201710609369.6，发明名称为“一种基于超材料的无线激励小型化微波微等离子体阵列源”，申请日为2017年7月25日，该发明提出一种超材料天线，该天线包括发射天线、基于超材料结构的微带谐振器阵列和介质平凸透镜，能够将无线激励平面微波微等离子体均匀阵列小型化，但是结构复杂且对于频率在GHz以下的电磁波不适用。

综上所述，目前的天线小型化技术并没有改变传统天线依靠与电磁波共振的工作原理。天线大小仅缩小了几倍，其小型化程度(尤其对于低频信号)以及部分天线性能有待提高。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种基于磁致伸缩压电材料的磁电天线及其制备方法，解决了现有技术中尤其对于低频信号天线小型化程度仍然不够，以及部分天线性能不好的问题。

本发明所采用的技术方案是，基于磁致伸缩压电材料的磁电天线，包括硅悬浮衬底，硅悬浮衬底上依次设有叉指电极和压电材料层，压电材料层上设有磁致伸缩材料层，叉指电极设于压电材料层内部，压电材料层两端与硅悬浮衬底相接触，硅悬浮衬底上底面和下底面之间镂空。

进一步的，所述磁致伸缩材料层和压电材料层的形状与硅悬浮衬底的上底面相同，长为5cm、宽为5cm，且厚度为50nm-5μm。

进一步的，所述叉指电极采用Pt、Au、Al、Cu和Ag的任意一种。

进一步的，所述硅悬浮衬底下底面长为10cm、宽为10cm，硅悬浮衬底的材质为高阻硅；硅悬浮衬底上底面厚度为压电材料层和磁致伸缩材料层厚度之和的0.5-5倍。

本发明所采用的另一种技术方案是，基于磁致伸缩压电材料的磁电天线的制备方法，具体按照以下步骤进行：

步骤一、对整块硅衬底进行刻蚀其成为硅悬浮衬底；