[0001] 本发明涉及无线电技术领域，具体为一种自适应可控形变天线系统。

[0002] 天线作为无线信号的发射和接收器件，一直是无线网络技术的重要研究对象；传统的硬质天线受到自身的材质和结构的限制，无法根据目标信号的位置变化改变天线的面积和形状，在现代敏捷高效应用中缺乏优势，因此柔性天线的思想应运而生，其原理是采用柔性材质制造天线，以适应现在的可穿戴设备、健康医疗用品等需求；柔性天线不仅可以实现小型化，不占用过多的空间，而且可以实现一定程度的拉伸，不易损坏，这样既保证了信号的收发与接收也能方便携带。例如CN201910176228提出一种低阻抗可形变柔性平面螺旋天线，包括：柔性介质基底和设置于柔性介质基底上的天线辐射体；其特征在于：所述天线辐射体由内、外两部分组成，内部分为等角螺旋线，外部分为自补型阿基米德螺旋线；所述等角螺旋线与自补型阿基米德螺旋线相连、且宽度相同。柔性天线的制作一方面是从天线的材料着手，另一方面是找到适合的天线结构。目前，已经有很多成熟的柔性材料可以作为制作天线的材料，比如液体金属、金属丝线、碳纳米管、PDMS(聚二甲基硅氧烷)、PI(聚酰亚胺)等；天线往往采用单极子天线、偶极子天线和微带贴片天线等结构，已有大量的研究提到如何制作出柔性天线。例如CN202011019895.5提出一种可变形天线及其制备方法，包括依次层叠的电阻接地层、可热变形的聚乳酸复合材料层和电波辐射层。其制备工艺为：选择电阻接地层和电波辐射层中的其中一个作为基层，在所述基层上热熔沉积3D打印可热变形的聚乳酸复合材料，形成聚乳酸复合材料层；然后在所述聚乳酸复合材料层贴合电阻接地层和电波辐射层中的另外一个。以上专利技术提出了柔性传感器的制备技术，然而它不能实现实时可控变形，满足精确控制需求。

[0035] 需要特别说明的是，在不冲突的情况下，本申请公开的各个实施方式之间可以相互组合。

[0036] 具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的自适应可控形变天线系统，其特征在于所述系统包括面积拉伸控制结构，所述面积拉伸控制结构包括：柔性螺旋天线、多个边缘夹紧块以及非金属圆盘14；

[0037] 所述边缘夹紧块设置在柔性螺旋天线最外旋上，所述边缘夹紧块上设有第一键绳2‑1，所述非金属圆盘14上设有底座12，所述底座12上设有转轴10，所述非金属圆盘14上还设有与边缘夹紧块对应的孔，所述第一键绳2‑1通过非金属圆盘14上的孔后缠绕安装在转轴10上，所述转轴10通过面积控制电机13驱动。

[0038] 具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，本实施方式与具体实施方式一的区别是所述系统还包括曲率拉伸控制结构，所述曲率拉伸控制结构包括：立柱18、曲率控制电机15、电机法兰16以及中心夹紧块17；

[0039] 所述立柱18为空腔结构，所述立柱18设置在底座12上；

[0040] 所述曲率控制电机15通过电机法兰16设置在底座12上；

[0041] 所述柔性螺旋天线的中心端通过中心夹紧块17与第二键绳2‑2固定连接，所述第二键绳2‑2通过立柱18的空腔后缠绕安装在曲率控制电机15的轴上。

[0042] 具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二的进一步说明，本实施方式与具体实施方式二的区别是所述边缘夹紧块包括上加紧块8和下加紧块6，所述上加紧块8和下加紧块6通过连接螺钉1连接。

[0043] 具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三的进一步说明，本实施方式与具体实施方式三的区别是所述边缘夹紧块为中空结构，所述边缘夹紧块中设有微调旋轴装置，所述微调旋轴装置包括微调旋轴4、弹簧3以及微调手柄5；

[0044] 所述边缘夹紧块的内部设有转动块22，所述转动块22设有圆柱形孔洞；

[0045] 所述微调旋轴4的一端套装在转动块22上的圆柱形孔洞内，所述微调旋轴4的另一端延伸至边缘夹紧块外部，延伸至边缘夹紧块外部的一端上设有微调手柄5；

[0046] 所述微调旋轴4上设有套筒，所述弹簧3设置在套筒内，所述弹簧3用于对微调旋轴4产生面向转动块22的推力；

[0047] 所述第一键绳2‑1缠绕在微调旋轴4上。

[0048] 具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，本实施方式与具体实施方式四的区别是所述转轴10上设共有轴肩11，所述轴肩11用于隔离第一键绳2‑1。

[0049] 具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五的进一步说明，本实施方式与具体实施方式五的区别是所述系统还包括锥齿轮差动机构，所述锥齿轮差动机构上的行星锥齿轮带动柔性螺旋天线两自由度运动。

[0050] 具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六的进一步说明，本实施方式与具体实施方式六的区别是所述柔性螺旋天线的导电填充物采用碳基纳米材料碳粉、液态金属或混合材料；

[0051] 所述混合材料为碳纳米管与聚二甲基硅氧烷或硅胶材料的混合材料，混合材料的质量混合比例在1：8‑1：12之间；

[0052] 所述柔性螺旋天线的基体材料采用聚二甲基硅氧烷或硅胶材料。

[0053] 具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七的进一步说明，本实施方式与具体实施方式七的区别是所述柔性螺旋天线为平面、立体螺旋状圆圈状或方形，所述导电填充物的厚度在0.5‑5mm之间。

[0054] 具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式八的进一步说明，本实施方式与具体实施方式八的区别是所述非金属圆盘14的外径为柔性螺旋天线边缘外径的1.5‑2倍。

[0055] 具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式九的进一步说明，本实施方式与具体实施方式九的区别是所述非金属圆盘14中设有PLA套管，所述非金属圆盘14与PLA套管之间设有硅胶，所述第一键绳2‑1置于PLA套管中。

[0056] 实施例1：

[0057] 自适应可控形变天线系统，包括一个柔性可拉伸天线，一个可以扩展柔性可拉伸天线面积和表面弯曲率的拉伸机械结构，一个可以改变天线朝向方位的两自由度机械结构，一个检测信号强度和控制天线形变和角度的控制系统。

[0058] 本申请上述柔性可拉伸天线的导电填充物采用碳基纳米材料碳粉CB，或碳纳米管CNT与PDMS(聚二甲基硅氧烷)或硅胶材料EcoFlex混合而成，质量混合比例在1：8‑1：12之间；柔性可拉伸天线的基体材料采用PDMS(聚二甲基硅氧烷)或硅胶材料EcoFlex；制作的天线形状可以是平面形状或者立体形状；此外，导电填充物还可以采用液态金属。将导电填充物制成平面或立体螺旋状圆圈状或方形，厚度在0.5‑5mm之间，但不限于这个厚度；基体材料覆盖导电填充物制成平面形状或者立体形状，如图1所示为平面型和图2所示为立体型。

[0059] 实现柔性天线面积和表面弯曲率可控变化的拉伸机械结构包括柔性可拉伸天线边缘夹紧和拉伸机构，以及中心点夹紧和拉伸机构。边缘夹紧采用两片非金属材料可采用3D打印的方式制造通过螺钉连接紧固，然后利用键绳向天线外缘拉动加紧块拉伸天线面积，如图3所示；

[0060] 在柔性可拉伸天线边缘均匀放置多个加紧块；利用一个比柔性天线边缘外径大0.5‑1倍不限于此倍数的非金属圆环作为键绳的拉力支持体；当所有的加紧块同时拉紧相同的长度，柔性天线面积增大；当所有的加紧块同时放松相同的长度，柔性天线面积减小；

[0061] 在加紧块中加入一个微调旋轴，用于调整键绳的长度，保证柔性天线形状在初始状态下规则；并在微调旋轴上设计有弹簧，防止微调旋轴在没有人为转动微调旋轴时发生松动。

[0062] 为了保证能让所有的加紧块同时放松或拉紧时变化相同的长度，在非金属圆环下安装一个柔性可拉伸天线拉伸控制结构，它利用步进电机带动一个转轴，转轴上缠绕从加紧块连接过来的多个键绳；为了防止键绳之间在缠绕时干涉，在转轴设计轴肩，隔离开不同键绳，如图4；

[0063] 为了防止键绳在之间在非金属圆环相互干涉，将键绳放入不同PLA套管，此外预防PLA套管在非金属圆环内移动和起皱，在非金属圆环灌入硅胶；

[0064] 为了实现柔性可拉伸天线表面弯曲率的变化，在天线中心安装一个加紧块，利用一个键绳沿着天线中心法线的方向拉伸，如图5。

[0065] 此外，为了控制整个柔性天线的方位，在上述机构的下方安装一个锥齿轮差动机构，实现柔性天线在平行于天线表面的平面内的两个正交方向摆动，如图6。

[0066] 如果导电填充物采用的是液态金属，选择材料熔点在45‑60度，当需要改变天线形状或曲率时，利用底座上的加热吹风机构对天线加热，当导电填充物变成液态相时，控制天线形变，然后停止加热吹风，等待导电填充物固化。

[0067] 实施例2：

[0068] 选择碳粉CB和EcoFlex按照质量比例1：9混合成导电填充物；在1mm厚的EcoFlex圆盘基体上，用导电填充物印成1mm厚的螺旋线；然后在导电填充物上面覆盖2mm厚的EcoFlex基体后等待固化制备成柔性天线。

[0069] 按照图7所示，利用八个夹紧块组合下加紧块6和上加紧块8压紧柔性天线9的边缘，然后紧固连接螺钉1，保证下加紧块6和上加紧块8紧紧压住柔性天线9的边缘；沿微调旋轴4的轴线方向压紧转动微调手柄5，克服弹簧3的压力，转动微调手柄5带动微调旋轴4转动，调整键绳2‑1的长度，使得柔性天线9的边缘到非金属圆盘14的距离相近，且柔性天线9和中心和非金属圆盘14的中心近似同轴。

[0070] 柔性天线9的边缘的八个键绳2‑1穿过非金属圆盘14的内部的各自PLA套管7后，从非金属圆盘14下部穿出，缠绕安装在底座12的转轴10上，利用转轴10上的七个轴肩11相互隔开；面积控制电机13驱动转轴10转到改变柔性天线9的面积。

[0071] 在柔性天线9的中心安装一个中心加紧块17，键绳2‑2固定在中心加紧块17上，另一端穿过底座12上的立柱18的内孔后缠绕在曲率控制电机15的轴上，曲率控制电机15利用电机法兰16固定在底座12上；控制曲率控制电机15的角度沿柔性天线9的法向移动中心加紧块17端的位置，改变柔性天线9的曲率。

[0072] 底座12或非金属圆盘14固定在锥齿轮差动机构21上，差动机构左驱动电机19和差动机构右驱动电机20配合转动控制柔性天线9在平行于天线表面的平面内的两个正交方向摆动。

[0073] 当系统作为发射线圈工作时，向控制器输入信号接收目标的位置，控制差动机构左驱动电机19和差动机构右驱动电机20调整柔性天线9的方位，并根据接收目标的距离控制面积控制电机13和曲率控制电机15调整柔性天线9的面积和曲率；当系统作为接收线圈工作时，向控制器按照设定运动规律，控制差动机构左驱动电机19和差动机构右驱动电机20摆动，当接收到的信号最强时停止运动；然后再控制面积控制电机13和曲率控制电机15运动，调整柔性天线9的面积和曲率；当接收到的信号最强时停止运动。如图8所示。

[0074] 需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。