[发明专利]一种声波谐振电小天线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种声波谐振电小天线及其制备方法，声波谐振电小天线包括磁电复合材料块和样品台，磁电复合材料块作为样品设置在样品台的中空部分，磁电复合材料块包括压电层和上下两侧的磁致伸缩层，压电层的上下两侧均设置有电极，两个磁致伸缩层分别连接在压电层的上下两侧且与电极接触，两个磁致伸缩层的外侧部分别构成磁电复合材料块的上端面和下端面，上端面和下端面分别通过引线搭接在样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定。该声波谐振电小天线可等效为磁偶极子天线，可实现天线的小型化，能避免在高导电损耗媒质下的短路问题。

技术领域

本发明涉低频通信应用领域，特别涉及一种声波谐振电小天线及其制备方法。

背景技术

无线技术的发展过程中，电小天线对低频无线设备的小型化有非常重要的意义。传统电小天线是电磁谐振天线，设计尺寸小于十分之一波长的传统电小天线十分困难，这是其基本原理决定的，且难以应用于高导电损耗媒质(如人体、海水等)。此外，随着尺寸减小，传统电小天线的辐射电阻下降，匹配困难，欧姆损耗增加，严重降低了其使用性能。传统电小天线难以满足目前低频无线设备发展的要求。

基于磁电耦材料的声波谐振电小天线颠覆了传统电小天线以电磁波谐振作为理论基础的天线发射/接收模式，它借助声波谐振实现电磁信号的辐射或接收。因为声波波长远小于电磁波波长，声波谐振电小天线的理论尺寸是电磁波谐振电小天线的百万分之一，这对于天线小型化具有重大意义。

在过去十几年中，对声波谐振电小天线的研究大多集中在理论层面，仅有即极少数几篇文章工作报道了利用微纳加工工艺制备声波谐振电小天线(NAT COMMUN,2017,8(1):296.)和利用粘接工艺制备了带叉指电极的声波谐振电小天线(IEEE ANTENN WIRELPR,2020,19(3):398-402.)。这些论文设计的声波谐振电小天线的结构和制备工艺均比较复杂，且均只能初步实现天线的基本功能。因此，有必要设计一种结构简单的声波谐振电小天线，以便于实现小型化制备，且能有效实现天线的基本功能。

发明内容

为解决背景技术中提及的问题，本发明提供一种声波谐振电小天线及其制备方法，制备获得的天线尺寸极小、近场为磁场，可突破传统天线小型化困难和难以使用于高导电损耗媒质中的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种声波谐振电小天线，包括磁电复合材料块和样品台，所述样品台的中部设置成中空，所述磁电复合材料块作为样品设置在样品台的中空部分，所述磁电复合材料块包括压电层和位于所述压电层上下两侧的磁致伸缩层，所述压电层为长条状且由压电材料制成，所述磁致伸缩层为长条状且由磁致伸缩材料制成，所述压电层的上下两侧均设置有电极，两个所述磁致伸缩层分别连接在所述压电层的上下两侧且与所述电极接触，两个所述磁致伸缩层的外侧部分别构成所述磁电复合材料块的上端面和下端面，所述磁电复合材料块的上端面和下端面分别通过引线搭接在所述样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定。

有益效果：该声波谐振电小天线的磁电复合材料块设置为分层结构，磁电复合材料块包括压电层和位于压电层上下两侧的磁致伸缩层，磁电复合材料块的上端面和下端面分别通过引线搭接在所述样品台上，以实现电极的引入以及磁电复合材料块的固定，该结构可以简单引出电极并进行天线性能测试。该声波谐振电小天线可等效为磁偶极子天线，可实现天线的小型化，能避免在高导电损耗媒质下的短路问题。

进一步地，所述压电层沿着厚度方向极化，所述磁致伸缩层的偏置磁场和磁化振荡沿着长度方向。

进一步地，所述声波谐振电小天线产生长度方向的声波，声波谐振频率为：

其中，f_r为谐振频率，L为样品长度，E_eq和ρ_eq分别是声波谐振电小天线的等效杨氏模量和等效密度。