液态金属天线的研发探索与应用探讨

液态金属的电导率高，液态金属天线除了具备水天线节约空间、频率重构等优点，更是克服了效率不高的问题，尺度可以从微纳米到米级，具备很大带宽。2009年，有学者提出了一个2.4 GHz不平衡环路天线，可以同时拉伸多个维度，他们将常温液态合金加入弹性材料的微结构通道中，可以实现这一目的，所演示的原型在两个正交方向上显示了高达40%的拉伸性，以及可折叠性和可扭性。对非拉伸和拉伸天线的端口阻抗和辐射特性进行了数值模拟和实验研究表明，辐射效率超过80%。

2015年，有实验室介绍了一种在毛细管中可逆、无泵控制液体共晶镓铟合金的电化学方法。电化学沉积（或去除）表面氧化物显著降低（或增加）其界面张力，作为诱导液态金属进入（或流出）毛细管的一种手段。该方法在可重构天线应用中得到了验证。通过诱导EGaIn物理长度的变化，天线的工作频率可在一定带宽范围内进行调谐。这种纯电化学机制使用低直流电压连续和可逆性地调优天线0.66 ～3.4 GHz。增益和辐射模式的测量结果与器件的电磁模拟结果一致，其测量的辐射效率在调谐范围内变化为41% ～ 70%。

2017年，有学者介绍了一种利用真空将镓基液体金属填充到室温下的三维印刷腔体中制备复杂三维天线的简便方法。为了创建腔体，用一个商业打印机与丙烯酸树脂共同打印一个类似蜡的牺牲材料。将印刷的蜡溶解在油中会在丙烯酸单体内部产生500微米的小洞。将整个结构放置在真空下，通过一个覆盖单个入口的液态金属容器将大部分空气从这些空腔中抽离。由于压力差的关系，将组件恢复到常压状态将金属从储层推入腔内。这种方法能够填充封闭的内部空腔，可创建平面和弯曲的导电三维几何图形，而不留下被困住的空气继而导致缺陷的产生。这项技术的一个优点是可以用一个简单的过程在室温下快速原型化三维嵌入式天线和其他具有金属导电性的微波元件。由于导体是液体的，它们还可以通过在选定的腔内或腔外流动金属来操纵这些器件的性能。所测得的器件的电学性质与电磁模拟吻合得很好，所描述的方法形成了高保真度的天线几何形状。(www.xing528.com)

2018年，有实验室介绍了一种微带贴片阵列和三维同轴馈电网络的制作与表征。丙烯酸结构内部的空腔采用真空驱动工艺填充镓基液态金属合金，形成导电元件。通过这种方式，四个矩形贴片元素和馈电网络，包括功率分配器和垂直转换，被嵌入一个单一的3D打印丙烯酸几何图形中。对一个6 GHz阵列的仿真和测量表明，该阵列在设计频率下产生了匹配的响应和中等增益。此方法可以将大量辐射元件及其对应的馈电网络集成到一个单一的单片丙烯酸结构中，从而消除了对基于PCB的天线和馈电的单独制作的需要。该程序可以作为一种方便的方法，快速实现复杂阵列原型，利用额外的空间自由度，可提高其电磁性能。此外，操纵这些空腔内的液相金属可以在未来用于产生频率或图案可重构阵列。

目前，基于液态金属的液体属性，结合PDMS等柔性基底，液态金属的柔性电子电路的研究处于热门。液态金属天线在可重构、冷却方面有着固有的优势，相信不久之后，就会在天线行业这个广袤的市场上大展拳脚。