[发明专利]基于声波激励的小型化低频双向通信磁电天线及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于声波激励的小型化低频双向通信磁电天线及制备方法，天线的结构为表层磁致伸缩层、压电层和底层磁致伸缩层自上而下粘结堆叠，得到一侧对齐的层叠结构，永磁铁依靠磁力吸附在层叠结构对齐的一侧，提供偏置磁场；压电层的上下表面分别设有上电极层和下电极层，上电极层和下电极层分别连接至SMA接口。本发明基于磁电耦合效应，利用永磁铁直接吸附在磁电天线的一端用于提供偏置磁场，以实现良导体媒介中的低频信号的发射和接收，磁电天线体积小、制备工艺简单、成本低。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于声波激励的小型化低频双向通信磁电天线及制备方法，可用于良导体媒介中信号的发射和接收。

背景技术

低频（LF，30-300 kHz）电磁波具有相对较大的趋肤深度，在良导体媒介（海水、浅表地层、海底泥石）中无明显衰减，适用于无线通信研究。无线通信可以实现多个探测器之间信息的实时共享，收集海洋、地下或海底要素信息实现环境监测、气象预报和地震预警。

然而，LF电磁波波长（λ=1~10 km）较长，LF通信天线尺寸一般大于波长的十分之一。低频天线小型化研究受到广泛关注。专利号CN 110098475 B和CN 111478872 B的专利中，利用高速伺服电机带动驻极体和球形永磁铁旋转产生低频电磁辐射。该方法存在LF机械旋转天线的辐射场强和效率受限于电机转速，且只能发射电磁波的局限性。专利号CN108879071 B的专利中，利用体声波谐振器原理制备基于磁致伸缩压电材料的磁电天线。该方法存在成本高昂，成品率低的局限性。专利号CN113938216 A的专利中，利用磁电耦合效应制备甚低频磁电发射和接收天线，两块永磁铁材料固定在距离磁致伸缩模块一定距离的两侧。该方法存在永磁铁的位置距离器件需要一定距离，造成器件体积大的局限性。专利号CN 115332772 A的专利中，利用磁电耦合效应制备了一种悬臂梁结构的可调谐的甚低频磁电天线。该方法与复合结构的固定端由铝板和永磁铁构成，悬臂梁结构需要一端固定在测试应用中存在一定的局限性。此外，专利号CN113938216 A和CN 115332772 A的专利主要是针对甚低频（3-30 kHz）频段。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于声波激励的小型化低频双向通信磁电天线，基于磁电耦合效应，利用永磁铁直接吸附在磁电天线的一端用于提供偏置磁场，以实现良导体媒介中的低频信号的发射和接收，磁电天线体积小、制备工艺简单、成本低。

本发明的另一目的是，提供一种基于声波激励的小型化低频双向通信磁电天线的制备方法。

本发明所采用的技术方案是，一种基于声波激励的小型化低频双向通信磁电天线，表层磁致伸缩层、压电层和底层磁致伸缩层自上而下粘结堆叠，得到一侧对齐的层叠结构，永磁铁依靠磁力吸附在层叠结构对齐的一侧，提供偏置磁场；压电层的上下表面分别设有上电极层和下电极层，上电极层和下电极层分别连接至SMA接口。

进一步的，所述表层磁致伸缩层和底层磁致伸缩层的长度相同，均小于压电层。

进一步的，所述表层磁致伸缩层和底层磁致伸缩层的长度为6-20 mm，宽度为3-8mm，厚度为0.1-0.8 mm。

进一步的，所述压电层的极化方向沿厚度方向，长度为8-22 mm，宽度为3-8 mm，厚度为0.1-0.8 mm。

进一步的，所述永磁铁为圆形或者矩形，1-3个永磁铁截面通过磁性吸附在一起，单个永磁铁的厚度2-5 mm，直径3-10 mm。

进一步的，所述表层磁致伸缩层、底层磁致伸缩层的材料为Terfenol-D、Metglas、GaFe合金或CoFe合金中的一种。

进一步的，所述压电层的材料为压电陶瓷、氮化铝、铌酸锂、氧化锌或聚合物压电材料中的一种，压电陶瓷包括钛酸钡类、锆钛酸铅类和铌镁酸铅类压电陶瓷。