專利名稱：：基于異向材料結(jié)構(gòu)的天線、設(shè)備和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本申請涉及異向材料(metamaterial,MTM)結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：電磁波在大多數(shù)材料中的傳播對于(E,H，(3)矢量場遵守右手法則，其中E為電場，H為^茲場，而(3為波矢(wavevector)。相速度的方向與信號能量傳播(群速度(groupvelocity))的方向相同，并且折射率為正數(shù)。這樣的材料為"右手的"(righthanded,RH)。大多數(shù)自然材料是RH材料。人工材料也能夠是RH材料。異向材料是一種人工結(jié)構(gòu)。當(dāng)以結(jié)構(gòu)化平均單位單元尺寸p來設(shè)計(jì)時(shí)，該尺寸p遠(yuǎn)小于由異向材料引導(dǎo)的電磁能量的波長，對于所引導(dǎo)的電磁能量，異向材料能夠表現(xiàn)得像均勻介質(zhì)一樣。與RH材料不同，異向材料能夠呈現(xiàn)負(fù)的折射率，其中相速度的方向與信號能量傳播的方向相反，在所述信號能量的傳播中(E，H，(3)矢量場的相對方向服從左手法則。僅支持負(fù)折射率的異向材料為"左手的"(lefthanded,LH)異向材料。12許多異向材料為LH異向材料和RH材料的混合，從而為復(fù)合的左右手的(CompositeLeftandRightHanded,CRLH)異向材料。CRLH異向材料能夠在低頻處表現(xiàn)得像LH異向材料一樣，而在高頻處表現(xiàn)得像RH材料一樣。在Caloz和Itoh的"ElectromagneticMetamaterials:TransmissionLineTheoryandMicrowaveApplications"(JohnWiley&Sons,2006)中，描述了各種各樣的CRLH異向材料的設(shè)計(jì)和特性。TatsuoItoh在"Invitedpaper:ProspectsforMetamaterials,，，(ElectronicsLetters,vol.40,No.16，2004年8月)中描述了CRLH異向材料和它們在天線中的應(yīng)用。能夠構(gòu)造并制造CRLH異向材料以呈現(xiàn)為了特定應(yīng)用而定制的電》茲特性，并且能夠?qū)⑺鯟RLH異向材料用于其中使用其他材料可能為困難的、不切實(shí)際的或不能實(shí)行的應(yīng)用中。此外，可以使用CRLH異向材料來發(fā)展新的應(yīng)用并構(gòu)建用RH材料不可能構(gòu)建的新設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容其中，本申請描述將一個(gè)或多個(gè)復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)用于處理并操縱電磁波信號中的技術(shù)、裝置和系統(tǒng)。能夠基于CRLH異向材料結(jié)構(gòu)來形成天線、天線陣和其他RF(RadioFrequency,射頻)設(shè)備。例如，能夠?qū)⑺枋龅腃RLH異向材料結(jié)構(gòu)用于無線通信RF前端和天線子系統(tǒng)中。在一種實(shí)施方式中，所描述的設(shè)備包括彼此間隔并被構(gòu)造為形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)的天線元件。每一天線元件的尺寸為與CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的十分之一，并且兩個(gè)相鄰的天線元件相互間隔該波長的四分之一或更小。在另一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括天線，在基片上形成，并且包括被構(gòu)造為形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)的單位單元；和RF電路元件，在第二CRLH異向材料結(jié)構(gòu)中的基片上形成，并被耦合到天線。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括在基片上形成并包含天線元件的天線陣。每一天線元件被構(gòu)造為包括形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)的單位單元。在基片上形成信號濾波器，并且將每一信號濾波器耦合到天線陣的各自的天線元件的信號通路。所述設(shè)備還包括在基片上形成的信號放大器，其中將每一信號放大器耦合到天線陣的各自的天線元件的信號通路。在基片上形成模擬信號處理電路，并將其經(jīng)由信號濾波器和信號放大器耦合到天線陣。模擬信號處理電路可操作用于處理被導(dǎo)向天線陣的信號或從所述天線陣接收的信號。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與第一側(cè)相對的第二側(cè)上具有第二表面；導(dǎo)電膜片，在第一表面上形成并且彼此分離；接地導(dǎo)電層，在第二表面上形成；導(dǎo)電通路連接器，在基片中形成以將導(dǎo)電膜片連接到接地導(dǎo)電層，以分別形成單位單元，而所述每一單位單元包含具有在第一表面上的、各自的導(dǎo)電膜片的容積(volume),和將各自的導(dǎo)電通路連接到接地導(dǎo)電層的各自的通路連接器；和導(dǎo)電饋線，具有位于導(dǎo)電膜片之中的一個(gè)導(dǎo)電膜片附近并被電耦合到該個(gè)導(dǎo)電膜片的遠(yuǎn)端。所述設(shè)備被構(gòu)造為從單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，并且每一單位單元的尺寸不大于與CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的六分之一。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與第一側(cè)相對的第二側(cè)上具有第二表面；導(dǎo)電膜片，在第一表面上形成并彼此分離；接地導(dǎo)電層，在第二表面上形成；和導(dǎo)電通路連接器，在基片中形成以將導(dǎo)電膜片分別連接到接地導(dǎo)電層，以便形成多個(gè)單位單元。每一單位單元包括具有在第一表面上的、各自的導(dǎo)電膜片的容積和將各自的導(dǎo)電通路連接到接地導(dǎo)電層的、各自的通路連接器。所述設(shè)備被構(gòu)造為從單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，并且接地導(dǎo)電層被制成(patterned)具有在各自的導(dǎo)電膜片下方的維度，以比各自的導(dǎo)電膜片的尺寸更小。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與第一側(cè)相對的第二側(cè)上具有第二表面；導(dǎo)電膜片，在第一表面上形成并彼此分離以形成二維陣列；導(dǎo)電饋線，在第一表面上形成并被電連接到所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)；接地導(dǎo)電層，在第二表面上形成；和導(dǎo)電通路連接器，在基片中形成以將導(dǎo)電膜片分別連接到接地導(dǎo)電層，以便在呈現(xiàn)空間各向異性的二維陣列中形成單位單元。每一單位單元包括具有在第一表面上的、各自的導(dǎo)電膜片的容積和將各自的導(dǎo)電通路連接到接地導(dǎo)電層的、各自的通路連接器。所述設(shè)備被構(gòu)造為從單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，并且將導(dǎo)電饋線耦合到單位單元，所述單位單元偏離二維陣列的對稱位置以在兩個(gè)不同的頻率處激發(fā)兩種模式。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與第一側(cè)相對的第二側(cè)上具有第二表面；導(dǎo)電膜片，在第一表面上形成并彼此分離以形成二維陣列；第一導(dǎo)電饋線，在第一表面上形成并被電耦合到所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)，所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)為沿著沿第一方向的二維陣列的中心對稱線的；第二導(dǎo)電饋線，在第一表面上形成并被電耦合到所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)，所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)為沿著沿第二方向的二維陣列的中心對稱線的；接地導(dǎo)電層，在第二表面上形成；和導(dǎo)電通路連接器，在基片中形成以將導(dǎo)電膜片分別連接到接地導(dǎo)電層，以便在二維陣列中形成單位單元。每一單位單元包括具有在第一表面上的、各自的導(dǎo)電膜片的容積和將各自的導(dǎo)電通路連接到接地導(dǎo)電層的、各自的通路連接器。所述設(shè)備被構(gòu)造為從單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，并且由單位單元形成的CRLH異向材料結(jié)構(gòu)為空間各向異性的，以便在兩個(gè)不同的頻率處支持兩種模式，所述兩種模式分別在第一饋線和第二饋線中。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括異向材料天線，包含電介質(zhì)基片；公共的導(dǎo)電層，在電介質(zhì)基片的一側(cè)上形成；導(dǎo)電襯墊的陣列，在電介質(zhì)基片的另一側(cè)上彼此間隔，并與所述電介質(zhì)基片接觸；和導(dǎo)電通路連接器，將導(dǎo)電襯墊分別連接到公共導(dǎo)電層。金屬材料的天線被構(gòu)造為呈現(xiàn)在第一頻率處的、沿著異向材料天線的第一方向的第一諧振和在不同的第二頻率處的、沿著異向材料天線的第二方向的第二諧振。所述設(shè)備還包括第一導(dǎo)電饋線，被耦合到異向材料以引導(dǎo)在第一頻率處的信號；第二導(dǎo)電饋線，被耦合到異向材料天線以引導(dǎo)在第二頻率處的信號；和頻分雙工(FDD)電路，包含被連接到第一導(dǎo)電饋線以接收在第一頻率處的信號的接收機(jī)端口，并包含被連接到第二導(dǎo)電饋線以產(chǎn)生在第二頻率處的發(fā)送信號的發(fā)送端口，所述在第二頻率處的發(fā)送信號被導(dǎo)向用于發(fā)送的異向材料天線。沒有被耦合于異向材料天線和FDD電i各之間的分頻雙工器。在再一種實(shí)施方式中，描述了一種方法，包括提供復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，包含單位單元，由基片的一側(cè)形成的、分離的導(dǎo)電膜片在電介質(zhì)基片上形成；接地導(dǎo)電層，在基片的另一側(cè)上形成；和多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，在基片中形成以將導(dǎo)電膜片分別連接到接地導(dǎo)電層。本方法包括將導(dǎo)電饋線耦合到CRLH異向材料結(jié)構(gòu)以激發(fā)TE模式，所述TE模式為右手TEM15模式和左手TEM模式的混合，以在每一TE模式中獲得比TEM模式中的每一種模式中的帶寬更寬的帶寬。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括天線陣；RF電路元件，被電耦合到天線陣；和模擬RF電路，被耦合到RF電路元件。RF電路元件包括復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)。在再一種實(shí)施方式中，設(shè)備包括RF收發(fā)模塊，用以發(fā)送并接收RF信號。RF收發(fā)模塊包括天線陣，其包含彼此間隔并被構(gòu)造以形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)的天線元件。每一天線元件的尺寸為大于與CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的十分之一。兩個(gè)相鄰的天線元件相互間隔等于或大于波長的六分之一的間距。RF收發(fā)模塊能夠?yàn)闊o線接入點(diǎn)或基站。所描述的CRLH異向材料結(jié)構(gòu)能夠用于獲得一個(gè)或更多優(yōu)點(diǎn)，包括在不同的信號信道之間的減少的干擾、改進(jìn)的波束形成與調(diào)零、用于減少的天線和天線陣的形狀因子、設(shè)計(jì)RF電路元件與設(shè)備的靈活性和減少的制造成本。在附圖、說明書和權(quán)利要求中更加詳細(xì)地描述這些及其他的實(shí)施方式。圖1示出CRLH異向材料的色散曲線。圖2示出有四個(gè)MTM單位單元的一維陣列的CRLHMTM設(shè)備的示例。圖2A、圖2B和圖2C說明在圖2內(nèi)的每一MTM單位單元中的部分的電磁特性和功能以及各自的等效電路。圖3說明基于MTM單位單元的二維陣列的CRLHMTM設(shè)備的另一個(gè)示例。圖4示出包括一維或二維陣列中形成的并且以CRLHMTM結(jié)構(gòu)的天線元件的天線陣的示例。圖5i!L明基于圖4中的天線陣的MIMO天線子系統(tǒng)。圖6A和圖6B示出對于CRLHMTM天線子系統(tǒng)的無線應(yīng)用的兩個(gè)示例。圖7示出實(shí)現(xiàn)圖6A和圖6B的無線通信系統(tǒng)的示例。圖8A、圖8B、圖9A、圖9B和圖9C說明在無線發(fā)送和接收無線通信中的各種各樣的條件。圖IO說明在無線網(wǎng)絡(luò)中的控制算法的一個(gè)示例。圖11示出有四個(gè)單位單元的CRLHMTM傳輸線的示例。圖IIA、圖IIB、圖IIC、圖12A、圖12B和圖12C示出在傳輸線模式和天線模式之一中、在不同條件下圖11中的設(shè)備的等效電路。圖13A和圖13B示出沿著圖11內(nèi)的設(shè)備中的beta曲線的諧振位置的示例。圖14A和圖14B示出具有被截切的接地導(dǎo)電層設(shè)計(jì)的CRLHMTM設(shè)備的示例。圖15A和圖15B示出具有被截切的接地導(dǎo)電層的設(shè)計(jì)的CRLHMTM設(shè)備的另一個(gè)示例。圖16A至圖19D示出CRLHMTM天線的示例。圖20A-20E示出基于二維單位單元的空間各向異性設(shè)計(jì)的雙端口、雙頻CRLHMTM天線系統(tǒng)的示例。圖20F示出圖20A中的天線的性能。圖20G示出基于圖20A中的天線的FDD設(shè)備。圖21A-21E示出單端口、雙頻CRLHMTM天線的示例。圖22、圖23、圖24、圖25、圖26和圖27示出基于CRLHMTM天線或RF電路元件的裝置和子系統(tǒng)的示例。具體實(shí)施例方式對于三重矢量(E,H,(3),純粹的LH材料服從左手法則，并且相速度方向與信號能量傳播相反。介電常數(shù)和磁導(dǎo)率兩者都為負(fù)的。CRLH異向材料依賴于操作的方式(regime)和頻率呈現(xiàn)左手和右手電磁傳播模式兩種模式。在某些境況之下，當(dāng)波矢為零時(shí)它能夠呈現(xiàn)非零的群速度。當(dāng)左手和右手模式兩種模式平衡時(shí)出現(xiàn)所述情況。在不平衡的模式中，存在禁止co以不同于零的群速度穿越(cross)的帶隙(bandgap)。也就是，P(co。)=0為在左右手才莫式之間的轉(zhuǎn)變點(diǎn)(transitionpoint),而在所述轉(zhuǎn)變點(diǎn)中被引導(dǎo)的波長為無限的，Xg=27u/p—oo,同時(shí)群速度為正的該狀態(tài)相應(yīng)于在LH左手區(qū)域內(nèi)的傳輸線(TL)實(shí)現(xiàn)方式中的零階模式m=0。CRLH結(jié)構(gòu)支持具有服從負(fù)的P拋物線區(qū)域的色散關(guān)系的低頻精細(xì)頻譜17(finespectrum)，其允許建立物理上小型設(shè)備，該物理上小型設(shè)備具有電學(xué)上的、在操作并控制近場輻射圖案方面強(qiáng)大的獨(dú)特能力。當(dāng)該TL被用作零階諧振腔(ZerothOrderResonator,ZOR)時(shí)，它允許橫過整個(gè)諧振腔的固定幅度(constantamplitude)和相位諧振。能夠使用ZOR模式以建立基于MTM的功率合成器/分離器(powercombiner/splitter)、定向耦合器(directionalcoupler)、匹酉己網(wǎng)纟各(matchingnetworks)禾口漏〉皮天纟戔(leakywaveantenna)。在RHTL諧振腔中，諧振頻率相應(yīng)于電學(xué)長度e^Pm卜m兀，其中1為TL的長度，并且111=1,2，3,......。TL長度應(yīng)該長到達(dá)到諧振頻率的低的并且更寬的頻譜。純粹的LH異向材料的工作頻率為低頻。CRLH異向材料結(jié)構(gòu)非常不同于RH和LH異向材料，并能夠被用于達(dá)到RH和LH材料的RF頻譜范圍的高頻譜區(qū)域和低頻譜區(qū)域兩者。圖1示出平衡CRLH異向材料的色散曲線。CRLH結(jié)構(gòu)能夠支持低頻的精細(xì)頻譜，并產(chǎn)生包括有轉(zhuǎn)變點(diǎn)m=0的更高頻率，該轉(zhuǎn)變點(diǎn)相應(yīng)于無限長波長。這允許具有定向耦合器、匹配網(wǎng)絡(luò)、放大器、濾波器和功率合成器與分離器的CRLH天線元件的無縫集成。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，可以用諸如定向耦合器、匹配網(wǎng)絡(luò)、放大器、濾波器和功率合成器與分離器這樣的CRLHMTM結(jié)構(gòu)來做RF或微波電路和設(shè)備。能夠使用基于CRLH的異向材料以建立電子控制的漏波天線作為漏波在其中傳播的單個(gè)的大型天線元件。所述單個(gè)的大型天線元件包括間隔開以便生成能夠一皮操控的窄束的多個(gè)單元。圖2示出有四個(gè)MTM單位單元的一維陣列的CRLHMTM設(shè)備200的示例。電介質(zhì)基片201用以支撐MTM單位單元。四個(gè)導(dǎo)電膜片211在基片201的上表面上形成，并且彼此間隔而沒有直接的接觸。兩個(gè)相鄰膜片211之間的間隙220被設(shè)置為允許它們之間的電容耦合。相鄰的膜片211可以以各種各樣的幾何形狀相接。例如，每一膜片211的邊緣可以具有相互交叉的形狀，來與另一個(gè)膜片211的相應(yīng)相互交叉的邊緣交織，以便獲得增強(qiáng)的膜片到膜片的耦合。在基片201的底面上，形成接地導(dǎo)電層202并且其對不同的單位單元提供公共的電接觸?？梢栽诮拥貙?dǎo)電層202上繪制圖案以獲得設(shè)備200的期望特性或性能。在基片201中形成導(dǎo)電通路連接器(conductiveviaconnector)212,以將導(dǎo)電膜片211分別連接到接地導(dǎo)電層202。在該設(shè)計(jì)中，每一MTM單位單元包括這樣的體積(volume),其具有在上表面上的各個(gè)導(dǎo)電膜片211、和將各個(gè)導(dǎo)電膜片211連接到接地導(dǎo)電層202的各個(gè)通路連18接器212。在本示例中，導(dǎo)電饋線230在上表面上形成并且具有一個(gè)遠(yuǎn)端(distalend),該遠(yuǎn)端位于單位單元的一維陣列的一端處的單位單元的導(dǎo)電膜片211附近，但與該導(dǎo)電膜片211分離?？梢栽趩挝粏卧浇纬蓪?dǎo)電發(fā)射襯墊(conductivelaunchingpad),饋線230連接到發(fā)射襯墊并且電耦合到單位單元。所述設(shè)備200被構(gòu)造為從單位單元形成復(fù)合的左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)。所述設(shè)備200能夠是經(jīng)由膜片211發(fā)送或接收信號的CRLHMTM天線。還能夠通過耦合在MTM單元的一維陣列的另一末端上的第二饋線，來從所述結(jié)構(gòu)構(gòu)建CRLHMTM傳輸線。圖2A、圖2B和圖2C說明在圖2內(nèi)的每一MTM單位單元中的部分電磁特性和功能以及各自的等效電路。圖2A示出在每一膜片211和接地導(dǎo)電層202之間的電容耦合和由于沿著頂部膜片211的傳播而造成的感應(yīng)。圖2B示出在兩個(gè)相鄰膜片211之間的電容耦合。圖2C示出通過通路連接器212的電感耦合。圖3說明基于MTM單位單元310的二維陣列的CRLHMTM設(shè)備300的另一個(gè)示例。可以將每一單位單元310構(gòu)建為圖2中的單位單元。在本示例中，單位單元310具有不同的單位結(jié)構(gòu)，并且包括另一個(gè)導(dǎo)電層350在金屬-絕緣體-金屬(MIM)結(jié)構(gòu)中的頂部的膜片211下面，以便增強(qiáng)兩個(gè)相鄰單位單元310之間的左手電容CL的電容耦合。能夠通過使用兩個(gè)基片和三個(gè)金屬層來實(shí)現(xiàn)所述單元的設(shè)計(jì)。如所示的那樣，導(dǎo)電層350具有對稱地圍繞通路連接器212并與所述通路連接器212分離的導(dǎo)電蓋。在基片201的上表面上形成兩條饋線331和332,以便沿著陣列的兩個(gè)正交方向分別耦合到CRLH陣列。饋電器發(fā)射襯墊341和342在基片201的上表面上形成，并且與它們各自的、單元的膜片211間隔，饋線331和332分別耦合到所述單元的膜片。對于各種各樣的應(yīng)用，能夠?qū)⑺龆S陣列用作為CRLHMTM天線，包括雙頻天線。圖4示出天線陣400的示例，其包括在支撐基片(supportsubstrate)401上的一維和/或二維陣列中形成的天線元件410。每一天線元件410均為CRLHMTM元件，并且包括分別在特殊單元結(jié)構(gòu)(例如，在圖2或圖3中的單元)中的一個(gè)或更多CRLHMTM單位單元412。對于天線陣400，每一個(gè)天線元件410中的CRLHMTM單位單元412可以直接在基片401上形成，或者在接合到基片401的、分離的電介質(zhì)基片411上形成?？梢砸愿鞣N各樣的配置將兩個(gè)或更多CRLHMTM單位單元412布置在每一個(gè)天線元件中，包括一維陣列或二維陣列。還在圖4中示出針對每一單元的等效電路。例如，寬帶、多帶或超寬帶操作:、'、5、通過使用由多個(gè)發(fā)送器/接收器使能的多個(gè)不相關(guān)的通信通路,在相同的時(shí)間和位置處、在相同的頻帶上發(fā)送和/或接收多個(gè)流的技術(shù)。該方法已知為多入多出(MultipleInputMultipleOutput,MIMO),其為智能天線(SmartAntenna,SA)的特殊情況。圖5說明基于具有圖4中的CRLHMTM天線元件410的天線陣400的MIMO天線子系統(tǒng)500。能夠?qū)⒚恳惶炀€元件410連接到濾波器510和放大器520以形成信號鏈。濾波器510和放大器520還可以為CRLHMTM設(shè)備。模擬信號處理設(shè)備530被提供為在天線元件410和MIMO數(shù)字信號處理單元之間的接口?？梢詫⑺鯩IMO天線子系統(tǒng)500用于各種各樣的應(yīng)用中，包括諸如WiFi路由器這樣的無線接入點(diǎn)(AP)、在無線網(wǎng)絡(luò)中的BS和用于計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備的無線通信USB連接器(USBdongle)或卡(例如，高速PCI卡或PCMCIA(PersonalComputerMemoryCardInternationalAssociation,個(gè)人計(jì)算機(jī)內(nèi)存卡國際聯(lián)合會(huì))卡)。圖6A示出基于CRLHMTM天線610的無線訂戶站601。訂戶站601能夠?yàn)楸活A(yù)訂到無線通信網(wǎng)絡(luò)并與所述無線通信網(wǎng)絡(luò)通信的PDA、移動(dòng)電話、膝上型計(jì)算機(jī)、桌面計(jì)算機(jī)或其他無線通信設(shè)備。能夠使用CRLHMTM結(jié)構(gòu)來將CRLHMTM天線610設(shè)計(jì)為緊湊型的。例如，每一MTM單位單元能夠具有小于與CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的六分之一或十分之一的尺寸，并且兩個(gè)相鄰的MTM單位單元相互間隔該波長的四分之一或更小。在一種實(shí)施方式中，CRLHMTM天線610可以為MIMO天線。在本申請中的CRLHMTM設(shè)計(jì)和技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可以組合MIMO和CRLHMTM技術(shù)，以將多個(gè)信道，例如兩個(gè)或四個(gè)信道，提供到小型設(shè)備601中。圖6B示出在無線通信系統(tǒng)內(nèi)的BS或AP602中使用的CRLHMTM天線620。不同于圖6A中的示例，可以將相對大的CRLHMTM天線陣用作為天線620。例如，可以將圖5中的天線子系統(tǒng)用于BS或AP602中。再例如，可以將具有多個(gè)CRLHMTM單位單元的CRLHMTM漏波天線用作為天線20620。圖7示出實(shí)現(xiàn)圖6A和圖6B中的設(shè)計(jì)的無線通信系統(tǒng)。圖7中的無線通信系統(tǒng)使用空氣中的電^t波以提供各種各樣的通信服務(wù)。對于更高的通信速度以支持新興的寬帶應(yīng)用的需要正在通過優(yōu)化頻譜利用率以及位/秒/赫茲的數(shù)目，將無線通信技術(shù)推動(dòng)到"最新的前沿"，以便克服在優(yōu)化功率效率時(shí)的RF頻譜缺乏和高成本。在無線通信系統(tǒng)的數(shù)字信號處理子系統(tǒng)中，通過達(dá)到由所需的誤碼率(BER)和信噪比(SNR)參數(shù)規(guī)定的"Shannon容量"限制來完成優(yōu)化。對于不同的應(yīng)用和目標(biāo)部署方案，已經(jīng)確認(rèn)了改進(jìn)信道容量的最佳壓縮、編碼和調(diào)制技術(shù)。這些先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)推動(dòng)所能夠達(dá)到的dB增益的最后一片，這使得工程師除了征服最新的無線通信前沿"空氣接口"、例如模擬空間之外別無選擇。從而，有了這樣的想法通過使用由多個(gè)發(fā)送器/接收器使能的多個(gè)不相關(guān)的通信通路，在相同的時(shí)間和位置處、在相同的頻帶上發(fā)送和/或接收多個(gè)數(shù)據(jù)流。該技術(shù)已知為MIMO，其為SA的特殊情況。智能天線指的是能夠使波束在最佳的視距(LineofSight，LOS)方向上成形并操控所述波束的空氣接口子系統(tǒng)。在接收側(cè)上，這些天線能夠通過執(zhí)行簡單并且先進(jìn)的測向(directionfinding)技術(shù)，將沿著Tx-Rx通信通路的Rx天線增益最大化。此外，這些技術(shù)還能夠應(yīng)用調(diào)零權(quán)重(nullingweight)以最小化或者甚至消除不想要的干擾信號，從而改進(jìn)Tx-RxSNR。用每個(gè)元件的"權(quán)重"指代由各種各樣的饋網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的天線元件的陣列構(gòu)成的SA，這些饋網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)地調(diào)整Tx信號相位、振幅或兩者。依賴于孔的幾何形狀和對稱性，這些定相陣列天線能夠?yàn)檎?、寬帶的或甚至為頻率無關(guān)的。在九十年代，已經(jīng)將SA概念延伸到包括其它數(shù)字信號處理技術(shù)，這些數(shù)字信號處理技術(shù)影響多徑干擾(Multipathinterference),而非消除它。所述將初始SA進(jìn)行延伸的、不同類型的算法集中于沿著傳統(tǒng)的LOSSA的非視距(NLOS)鏈接。定義了兩種類型的算法，以便在鏈接的兩側(cè)使用Tx和Rx天線陣列、元件、RF鏈和平行編碼的數(shù)字信號處理算法，來推動(dòng)更多的位/秒/赫茲。無線系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)為使用具有多個(gè)天線的收發(fā)器以供輸入和輸出，并且可以被稱為MIMO系統(tǒng)。MIMO天線為SA設(shè)備，并且天線在MIMO系統(tǒng)中的發(fā)送器和接收器二者的使用開發(fā)了NLOS多徑傳播，以提供許多好處，包括在容量和頻鐠效率上的提高、減小由于分集造成的衰落和提高對干^尤的4氏抗力。端到端系統(tǒng)模型應(yīng)該包括其中將信號發(fā)送到空氣中的方式，例如，諸如極化、圖案或空間分集這樣的天線/天線系統(tǒng)的特性。因?yàn)樵O(shè)計(jì)涵蓋三種不同的無線通信技術(shù)范圍數(shù)字RF、RF天線和天線-空氣接口，所以這對系統(tǒng)工程師提出了巨大的挑戰(zhàn)。貫穿每一步驟，應(yīng)該最小化信道之間的耦合以保證最佳的MIMO性能。當(dāng)信號被沿著NLOS通信通路反射時(shí)，只通過三個(gè)可利用的完全正交的極化(然而，因?yàn)閷?shí)際的限制，所以只典型地使用兩個(gè)——垂直的/水平的或左手圓極化和右手圓極化)和它們的變形，僅依靠極化分集來有效地實(shí)現(xiàn)MIMO可能是困難的。有對使用空間分集的需要，其中全方向的MIMO天線間隔得很遠(yuǎn)，以便使它們的信號沿著不同的多徑方向傳播，而這暗示大型天線陣。另一方面，圖案分集依賴于MIMO陣列中天線元件的近似正交(不相關(guān)的)輻射圖案，并且從而更加合適于緊湊型MIMO陣列應(yīng)用，它們被4是供給各個(gè)天線元件的小型化。為了簡化MIMO系統(tǒng)模型，某些通信系統(tǒng)工程師遵循如channel=RF+antenna+airpropagation(4言道=RF+天線+空氣傳#番)那才羊的、通信信道"H，，的傳統(tǒng)定義，以提供簡單的關(guān)系r(t^H(t)口s(t)，其中r為所接收的數(shù)字信號，s為所發(fā)送的數(shù)字信號，H為在之間的信道，并且口運(yùn)算依賴于Tx和Rx系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。例如，NTxNR的系統(tǒng)具有像NRxl矢量那樣的r(t)，像NTxl向量那樣的s(t)，像NRxNT那樣的H，和像矩陣乘法運(yùn)算那樣的口。第一MIMO算法沿著每一天線元件/信道發(fā)送NT個(gè)不同的數(shù)據(jù)流，這允許NR個(gè)接收天線/信道中的每一個(gè)接收所有NT個(gè)信號。依賴于接收算法，NR能夠?yàn)榈陀凇⒌扔诨蚋哂贜T，以便將所接收的信號去相關(guān)來恢復(fù)NT個(gè)傳輸數(shù)據(jù)流。這通過將信道參數(shù)應(yīng)用到NR個(gè)接收信號和被初始處理的NT個(gè)Tx數(shù)據(jù)來完成。對于成功地恢復(fù)NT個(gè)Tx數(shù)據(jù)流的關(guān)鍵需求為貫穿NT個(gè)通信通路，將信號保持為"不相關(guān)的"。這^C稱作為"信道分集(ChannelDiversity,ChDiv)"。空間復(fù)用(SM)為不同的數(shù)據(jù)流在NT個(gè)Tx信道之上通過其進(jìn)行傳輸?shù)姆椒?，并且?dāng)所有NT個(gè)信道不相關(guān)并且在每一信道之上所獲得的增益為最大的時(shí)，所述SM達(dá)到它的峰值頻譜效率。當(dāng)在MIMO天線元件之間的耦合最小并且通信環(huán)境在由鄰近結(jié)構(gòu)的反射和衍射導(dǎo)致的多徑中是富裕的、典22型地與NLOS情況關(guān)聯(lián)時(shí)，不相關(guān)的信道出現(xiàn)。在不存在多徑、即LOS的情況下，SM所接收的信號不再是不相關(guān)的，以防止接收器將NT個(gè)Tx數(shù)據(jù)流去相關(guān)。因此，如果在固定的Tx和Rx節(jié)點(diǎn)的情況下，總能夠?qū)⒐?jié)點(diǎn);改置在最大化多徑信號的位置中，則通信鏈接充分發(fā)揮SM的效益。由于用戶通常不是優(yōu)化多徑鏈接方面的專家，因此有用的是定義一個(gè)系統(tǒng)，其能夠適用于所有終端用戶的專門技術(shù)和使用場景。對于能夠在接收器處恢復(fù)所發(fā)送的信息，以移動(dòng)性恒定地特征化信道(信道矩陣H)的需要變得非常重要。這由使用前置位/導(dǎo)頻位或其他技術(shù)的"信道測量(channelsounding)"來完成。需要將H進(jìn)行更新的速度依賴于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的速度。因?yàn)檫^多的"信道測量"消耗了一些指定的通信時(shí)間，所以頻繁的信道更新最終將有力地減小位/秒/赫茲的"有效的，，數(shù)目。為了緩解所述問題，使用第二類型的MIMO算法，空時(shí)分組編碼(Space-TimeBlockCoding,STBC)。STBC對于精確的信道參數(shù)化比較不受影響，即容忍信道誤差，從而不需要頻繁的信道測量。此外，如先前所討論的那樣，另一個(gè)需要是對于通信系統(tǒng)能夠在混合的NLOS和LOS環(huán)境中工作，即，Rx信號包括直接的Tx-RxLos通路和多徑軌跡的一小部分。在空時(shí)分組編碼(STBC)中，以不同地編碼每一個(gè)流來將相同的Tx數(shù)據(jù)流復(fù)制NT次，而非像在SM中那樣傳輸NT個(gè)不同的數(shù)據(jù)流。發(fā)送器在發(fā)送之前執(zhí)行空間(參考天線空間分集-SpDiv)和時(shí)間(參考位延遲線)編碼。至少有兩種不同種類的SA和三種用于增加頻語效率的技術(shù)(1)基于定相的陣列天線或頻率無關(guān)的多臂天線的波束形成(Beamforming,BF)和波束形成與調(diào)零(Beamformingandnulling,BFN);(2)MIMO和高級信號處理，能夠(i)在多個(gè)信道上發(fā)送不同數(shù)據(jù)流(SM):NLOS、精確的信道特征化與高度不相關(guān)的信道，(ii)在多個(gè)信道上發(fā)送相同數(shù)據(jù)流(STBC):NLOS、NLOS+LOS、容忍信道特征化中的誤差和信道中的小的相關(guān)性)，和(iii)BF和BFN，其中有信道特征化的LOS依賴于波束圖案和精確的信道特征化，以便實(shí)現(xiàn)下列之一1)在不同的波束圖案之間的模擬切換，2)適應(yīng)性地使波束成形，并操控所述波束，3)使用除了模擬波束切換和成形之外的數(shù)字BF和BFN來優(yōu)化性能。此外，在數(shù)字域中還能夠通過MIMO系統(tǒng)完成傳統(tǒng)的BF和BFN,而不需要模擬移相器、延遲線或其他定向耦合器和匹配網(wǎng)絡(luò)。所述數(shù)字BF和BFN需要巨大數(shù)量的信號處理而使得其實(shí)現(xiàn)為不切實(shí)際的。更加合適的方法為組合的數(shù)字/模擬BF和BFN方法。已批準(zhǔn)包括MIMO的兩種無線通信商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提供具有較高通信速度的載波，以便支持現(xiàn)有的和未來的寬帶應(yīng)用服務(wù)。第一標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.lln集中于局域網(wǎng)(LAN),并且第二標(biāo)準(zhǔn)正EE802.16e集中于移動(dòng)廣域網(wǎng)(WAN)并也能夠應(yīng)用于LAN。有要求MIMO技術(shù)的其他正在進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)，諸如IEEE802.20和未來的4GUMTS(UniversalMobileTelecommunicationsService,通用移動(dòng)通信服務(wù))系統(tǒng)。在大部分這些標(biāo)準(zhǔn)中，推薦上至4x4的MIMO。那意味著在客戶端和AP/BS側(cè)兩者上使用4個(gè)Tx和4個(gè)Rx天線。迄今為止，已批準(zhǔn)的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)包括SM、STBC和BF算法，這為開發(fā)商留下了這樣的挑戰(zhàn)首先在小型客戶端設(shè)備上實(shí)現(xiàn)不相關(guān)的MIMO通路的概念，所述小型客戶端為諸如無線通信USB連接器、PCMCIA/高速PCI卡和手持式計(jì)算與多媒體設(shè)備，其次適應(yīng)性地選擇依賴于LOS、NLOS、固定的和動(dòng)態(tài)的信道條件的適當(dāng)方法。以面對固定無線通信和移動(dòng)實(shí)現(xiàn)以寬帶終端用戶應(yīng)用為目標(biāo)的、完整的商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且所述寬帶終端用戶應(yīng)用需要更高的位/秒/赫茲頻譜效率。可行的技術(shù)基于如下為了使多個(gè)天線和無線電收發(fā)器符合小型形狀因子(formfactor)，可能需要在不損害性能和吞吐量的條件下的低功耗，這為手機(jī)集成者、無線通信卡開發(fā)商(例如，PCMCIA與高速PCI卡和無線通信USB連接器)和PDA制造商、甚至是輕薄的膝上型計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本申請中的設(shè)計(jì)和技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式可以用來提供一個(gè)總體MIMO子系統(tǒng)，其對任何便攜式設(shè)備和固定設(shè)備使能多個(gè)平行信道，而不論設(shè)備的形狀因子或功耗需要為何。許多MIMO系統(tǒng)4吏用傳統(tǒng)的用于MIMO天線的右手(RH)材料，其中電磁波的電場和磁場的特性遵守右手法則。RH天線材料的使用對每一天線的尺寸(典型地，信號的一個(gè)波長的一半)和天線陣中兩個(gè)相鄰天線的間距(例如，大于信號的一個(gè)波長的一半)設(shè)置較低的限制。這樣的限制嚴(yán)重地阻礙MIMO系統(tǒng)在諸如手機(jī)、PDA和其他有無線通信能力的手持式設(shè)備這樣的、各種緊湊型無線通信設(shè)備中的應(yīng)用。24本申請中所描述的天線陣的設(shè)計(jì)、無線系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的通信技術(shù)使用復(fù)合的左右手(CompositeLeftandRightHanded，CLRH)異向材料來構(gòu)建實(shí)現(xiàn)MIMO系統(tǒng)的緊湊型天線陣。這種使用由CLRH異向材料做的天線的MIMO系統(tǒng)可以被設(shè)計(jì)為保留傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)的好處，并提供通過傳統(tǒng)MIMO系統(tǒng)為不可用的或難于實(shí)現(xiàn)的其它好處。1、小型印刷天線元件，在尺寸上大于入/6,以考慮到小接近度的集成(例如，以波長的四分之一即入/4的量級或更小的天線間距)和天線元件之間的最小耦合。該緊湊型MIMO天線設(shè)計(jì)適合于SM和空時(shí)分組編碼，并支持由更加大的基本BS或接入點(diǎn)提供的BS和調(diào)零的特征。通過使用CLRH高級異向材料實(shí)現(xiàn)尺寸的減小。2、印刷MTM定向耦合器和匹配網(wǎng)絡(luò)的使用，以便進(jìn)一步減小近場(Near-Field,NF)和遠(yuǎn)場(Far-field,FF)耦合。3、多個(gè)MTM天線的卩吏用，以l更建立單個(gè)的MIMO天線，通過或者不通過MIMO算法來實(shí)現(xiàn)波束成形、切換和操控。4、使用印刷的基于MTM的1至N的功率合成器/分離器，以便組合多個(gè)MTM天線來形成一個(gè)子MIMO陣列天線。5、^^用單個(gè)MTM漏波天線來通過或者不通過MIMO算法實(shí)現(xiàn)波束成形、切換和操控。6、還能夠建立基于MTM的濾波器和雙工機(jī)(diplexer)/雙工器(duplexer)，并且在提出形成RF鏈時(shí)將其與天線和功率合成器、定向耦合器和匹配網(wǎng)絡(luò)集成。只有被直接連接到RFIC(RadioFrequencyIntegratedCircuit,射頻集成電路)的外部端口需要遵照50Q規(guī)則。天線、濾波器、雙工機(jī)、雙工器、功率合成器、定向耦合器和匹配網(wǎng)絡(luò)之間的所有內(nèi)部端口可以不同于50Q，以^更優(yōu)4b這些RF元件之間的匹配。7、天線饋網(wǎng)絡(luò)和RF電路設(shè)計(jì)，其驅(qū)動(dòng)四個(gè)或更多的信道。在減小耦合損失的同時(shí)，CRHLMTM設(shè)計(jì)考慮這些小型天線與它們的饋網(wǎng)絡(luò)、放大器、濾波器和功率分離器/合成器的簡單集成，以優(yōu)化總體RF電路。用有源天線(ActiveAntenna，AA)指代總體集成結(jié)構(gòu)。8、第1項(xiàng)和第2項(xiàng)中的特征考慮具有被集成于二維膜表面內(nèi)的小型天線元件的"MIMO膜"，該二維膜表面符合如圖5中所示那樣集成的通信設(shè)25備。9、后(Tx側(cè))和前(Rx側(cè))數(shù)字信號處理，其優(yōu)化如下的通信鏈接性能a)非對稱的和對稱的鏈接(BS-客戶端、客戶端-客戶端和模型-空間分集等)，b)動(dòng)態(tài)信道，c)依從商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)。剩下一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)為使四個(gè)或更多MIMO信道(天線和RF鏈)符合緊湊型形狀因子，諸如手持式設(shè)備、無線USB連接器或卡(例如，PCMCIA或高速PCI)、無線通信USB連接器、薄的膝上型計(jì)算機(jī)、便攜式BS、緊湊型AP和其他可應(yīng)用產(chǎn)品，同時(shí)仍然遵照商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，支持SM、STBC和BF與零位，在典型地從幾十到幾百M(fèi)Hz范圍內(nèi)變動(dòng)的多個(gè)帶上工作，并且能夠遵照在可應(yīng)用時(shí)的功耗。本申請中的設(shè)計(jì)和技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式可以用于來克服三個(gè)技術(shù)難題1、小型天線元件，其尺寸足夠小以允許它們通過最小的耦合以小接近度進(jìn)行集成。所述高級緊湊型MIMO天線設(shè)計(jì)適合于SM和空時(shí)分組編碼，并支持由更大的結(jié)構(gòu)BS(BS)或接入點(diǎn)(AP)提供的BS與調(diào)零特征。通過使用CRLH高級異向材料實(shí)現(xiàn)尺寸的縮減和集成。2、驅(qū)動(dòng)四個(gè)信道的天線饋網(wǎng)絡(luò)和RF電路設(shè)計(jì)。CRHL考慮這些小型天線與它們的饋網(wǎng)絡(luò)、放大器、濾波器和功率分離器/合成器的簡單集成，以在減小耦合損失的同時(shí)優(yōu)化全部的RF子組件。用AA指代總體集成結(jié)構(gòu)。沿著這些線，介紹"MIMO膜，，的新概念，其使得二維MIMO天線能夠符合設(shè)備的幾何形狀。3、后(Tx側(cè))和前(Rx側(cè))信號處理，其為依從商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的、并能夠適應(yīng)緊湊型MIMO天線(例如，手機(jī))、大型MIMO天線系統(tǒng)(不包括BS)鏈接以及兩個(gè)緊湊型的天線系統(tǒng)(peer-to-peer，對等網(wǎng)路)之間的鏈接。MIMO分集是無線通信想要的。能夠在諸如BS這樣的大型MIMO系統(tǒng)中使用空間分集(SpDiv)或SpDiv和極化分集(PoDiv)的組合。緊湊型MIMO系統(tǒng)會(huì)影響圖案分集(PaDiv)。當(dāng)端到端通信系統(tǒng)將信道考慮為僅空氣中傳播的部分、即從傳統(tǒng)的H矩陣中提取天線和RF電路時(shí)，可以獲得所述圖案分集，并將其指派到通信模塊。因?yàn)镻aDiv相應(yīng)于角度分布和輻射波束的極化特性，所以清楚的是，用于修改波束或使所述波束傾斜的裝置是必不可少的。然而，利用異向材料，不僅能夠操作近場輻射以消除鄰近天線元件之間的近場耦合，而且能夠使波束成形、切換所述波束并操控所述波束以在富裕的多徑環(huán)境中實(shí)現(xiàn)圖案分集。這些異向材料天線能夠容易地支持圖案和極化分集的組合。PaDiv能夠用于支持OFDM-MIMO(OFDM:orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,正交頻分復(fù)用)、FH-MIMO(FH:frequencyhopping,跳頻)和DSS-MIMO(DSS:directspreadspectrum,直接擴(kuò)頻)通信系統(tǒng)及其組合。能夠使用PaDiv支持MIMO數(shù)字調(diào)制。本申請中的設(shè)計(jì)和技術(shù)的一種實(shí)現(xiàn)方式為這樣一種無線通信系統(tǒng)，其涵蓋多帶、和/或?qū)拵?、?或超寬帶RF頻譜，同時(shí)通過使用適合于諸如PDA、手^/L和無線通信USB連接器或卡(例如，PCMCIA和高速PCI)這樣的緊湊型通信設(shè)備的新型空氣接口、模擬和數(shù)字的MIMO處理，來影響OFDM或DSS實(shí)現(xiàn)中的多徑效應(yīng)。MIMO包括SA陣列系統(tǒng)，其跨越多個(gè)信道將數(shù)字信號處理部署到所發(fā)送的數(shù)字信號。其包括用于在NLOS、LOS和組合NLOS與LOS的環(huán)境中工作的固定場景和移動(dòng)場景的SM、STBC和BM/BFN。圖8A示出兩種地理上分離的、具有LOS鏈4^的線性Tx和Rx天線陣。圖8B示出兩種地理上分離的、具有LOS和NLOS鏈接的線性Tx和Rx天線陣。圖9A示出對于BF和/或調(diào)零的定相陣列天線系統(tǒng)。圖9B示出基于SM算法的MIMO系統(tǒng)。圖9C示出基于STBC算法的MIMO系統(tǒng)。在前MIMO時(shí)期中，SA包括發(fā)送相同信號的定相陣列天線，將所述信號移位相位延遲線的振幅和時(shí)間，以使波束成形或操控所述波束(圖9A)。在接收器側(cè)上，也使用類似的模擬抽頭延遲線來掃描，增大發(fā)送方向上的接收器增益，并使不想要的信號為零。這些定相陣列技術(shù)大多數(shù)是在模擬域中的，并通過集中接收器方向上的信號能量來提高SNR,從而提高它對于LOS環(huán)境的限制。通過反射和/或衍射過程跳過(bounceoff)障礙(圖8B)的發(fā)送信號作為具有不同幅度并具有不同延遲時(shí)間的信號集合到達(dá)接收器，這使得總體SNR降低，導(dǎo)致所謂的"多徑干擾"并引入NLOS信號。定相陣列天線和傳統(tǒng)的SISO(singleinputsingleoutput,單入單出)系統(tǒng)都不能克服多徑干擾，并且不能將這些信號視為噪聲對待。27在富裕的多徑環(huán)境中，發(fā)送信號通過創(chuàng)建不相關(guān)Paths信道H=|>〗S^(^Jg;(Qp,,)的方法來跳過很多障礙，這些信道能夠?qū)⑾嗤?圖P=19C)的數(shù)據(jù)流或不同的數(shù)據(jù)流(圖9B)從發(fā)送器運(yùn)送到接收器。這些虛擬信道由空間分離的輻射源和接收元件(空間分集-SpDiv)、正交極化(極化分集-PoDiv)或不同的輻射圖案(圖案分集-PaDiv)所致?？梢杂孟铝械墓綄IMO信道特征化ap:通3各增益/l展幅Q(cp,e):參考沿著第p條通路的Tx和Rx天線平面的Tx和Rx波束的角度方向。e(cp，e):Tx和Rx波束的方向和才及化。公式(1)確認(rèn)由每一節(jié)點(diǎn)觀察的信道。明顯的是，將所有項(xiàng)寫入固定的坐標(biāo)系提出了在復(fù)雜度方面的巨大挑戰(zhàn)。因?yàn)檫@個(gè)原因，所以通信工程師假設(shè)最簡單的信道分集(ChDiv)方法，該途徑具有SpDiv，并集中于影響多徑干擾以提高信噪比(SNR)的數(shù)字算法。數(shù)字的發(fā)送和接收信號有區(qū)別地觀察信道。Tx和Rx信號公式能夠用公式表示如下y，11/誠1或者湖A',X1AXW細(xì)…tf逢00…i.ATVATI湖其中，矩陣H的分量為hij，并將其分解為H=UAV*。用于矩陣V和U的項(xiàng)是這樣的權(quán)重需要其將所發(fā)送的X矢量和所接收的Y矢量再改方向，以創(chuàng)建多達(dá)NT個(gè)"虛擬的"不相關(guān)平行信道?；仡櫾趫D9A中的定相陣列的示例，數(shù)字的U權(quán)重和V權(quán)重對于驅(qū)動(dòng)移相器(phaseshifter)的模擬權(quán)重具有相似的效果。因而，不僅對于優(yōu)化偏好以及降低系統(tǒng)復(fù)雜度，而且對于提高系統(tǒng)效率，平衡數(shù)字域和模擬域之間的信號處理復(fù)雜度的新概念都是必不可少的。下面描述信道分集。如果用A、將天線分離表示為一階近似，其中、為自由空間的載波波長，并且A為對于載波波長^的規(guī)范化天線分離，則可以將用于線性陣列的LOS通路(圖8A)視為發(fā)送器和接收器之間較大距離處平行的，如公式(2)所述的那樣dik=d-(i-1)ARx^織d)+(k-1)ATx;、cosd)i=1….NT和k=1…NR(2),其中d是從第一Tx天線到第一Rx天線的距離，并且(hc和小rx分別是到Tx陣列平面和Rx陣列平面上的LOS的入射角。該線性概念能夠延伸到二維陣列，包括但不限于在圖7和圖5中所示的膜配置。在這種情況下，LOS信道矩陣元素正比于hikoce-i2,'^-7=-^-^-i=1….NT和k=1…服其中第二和第三項(xiàng)表示對于有相同極化的全方向天線元件的、規(guī)范化Tx和Rx波束形成器。分別用Wi和Wk指示Tx和Rx權(quán)重，并且所述Tx和Rx權(quán)重負(fù)責(zé)指導(dǎo)Tx波束和Rx增益。當(dāng)用不同角度方向和極化將每一天線元件特征化時(shí)，這些項(xiàng)將乘以天線圖案的三維矢量ei(cpi,eO和ek(cpk,ek)(與公式(1)中相同)，其中方位角和仰角分別為參考第i個(gè)和第k個(gè)天線元件。圖9A說明具有被應(yīng)用于每一元件的Tx權(quán)重和Rx權(quán)重的BS系統(tǒng)的示例。當(dāng)天線的總的尺寸LTx=(NT-1)ATx、和Lr^(NR-1)Arx入c與Xc比較是較'J、的時(shí)，組合的Tx和Rx系統(tǒng)不能夠解決以遠(yuǎn)小于^/L^或、/Lfe的角距到達(dá)的信號。換言之，通過使用天線互易定理(antennareciprocitytheorem),小尺寸天線具有寬的波束輻射，并從所有方向看見信號。從此，清楚的是，通過緊湊型MIMO天線，單靠BS可能難于實(shí)現(xiàn)以便增加兩個(gè)用戶訂戶單元之間的SNR。然而，當(dāng)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)為BS/AP時(shí)，這能夠?qū)崿F(xiàn)。我們用"上行(uplink)"表示從用戶發(fā)送到BS/AP信息，用"下行(downlink)"表示不對稱通信場景中的反向。從而，如果BS/AP正通過最小化在十分密集的單元中的干擾來發(fā)送或接收以增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量而非基于單個(gè)鏈接的吞吐量，則所述BS/AP能夠執(zhí)行BS。訂戶的天線元件在BS/AP的方向上共同具有更加寬的輻射波束。當(dāng)Tx和Rx節(jié)點(diǎn)之間的鏈接包括NLOS分量時(shí)，修改公式(2)以包括反映NLOS通路的項(xiàng)。圖8B圖示含有三個(gè)通路的示例LOS、多徑1(P1)和多徑2(P2)。由表面Sl和S2反射的信號將改變它們的傳播方向，還可能改變它們的極化和/或強(qiáng)度，或兩者都改變。由位置、折射率和這些表面的紋理/方向((()H和(j)p2)確定這些改變。然而，當(dāng)天線元件間隔接近、并且如果反射的障礙位于遠(yuǎn)離Tx和Rx天線兩者從而距離fV,ik和1^u，ik接近于零時(shí)，dik、dWik和c^ik通路中的差別使得接收器能夠?qū)⒀刂@些通路的三個(gè)信號去相關(guān)。在節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)為BS/AP的情況下，天線元件要么間隔得很遠(yuǎn)，要么對距離lP^,ik和Pu,ik使用波束成形、操控或切換技術(shù)來使其不同于零，以便為信道分集提供額外的維度。CRLHMTM天線可以纟皮設(shè)計(jì)為允許減小天線元件的尺寸，并考慮它們之間的接近的間距，同時(shí)獲得天線元件與它們的相應(yīng)RF鏈之間減小的/最小的耦合。這些天線可以用來獲得下列的一個(gè)或多個(gè)l)天線尺寸的減小，2)最佳匹配，3)用于通過使用定向耦合器和匹配網(wǎng)絡(luò)來減小耦合并恢復(fù)相鄰天線之間的圖案正交性的部件，和4)濾波器、雙工機(jī)/雙工器和放大器的潛在集成。用AA指代包括項(xiàng)目4的天線。用于無線通信的各種無線電設(shè)備包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器、振蕩器(用于直接轉(zhuǎn)化的單個(gè)振蕩器，或者用于多步RF轉(zhuǎn)化的多個(gè)振蕩器)、匹配網(wǎng)絡(luò)、耦合器、濾波器、雙工機(jī)、雙工器、移相器和放大器。這些組件往往是昂貴的元件，難于非常接近地集成，并常常呈現(xiàn)出在信號功率上相當(dāng)數(shù)量的損失。也可以在"l是出形成RF鏈時(shí)建立基于MTM的濾波器和雙工機(jī)/雙工器，并將其與天線和功率合成器、定向耦合器和匹配網(wǎng)絡(luò)集成在一起。只有被直接連接到RFIC的外部端口需要遵照50QMJ'j。天線、濾波器、雙工^/L、雙工器、功率合成器、定向耦合器和匹配網(wǎng)絡(luò)之間的所有內(nèi)部端口可以是不同于50Q的，以便優(yōu)化這些RF元件之間的匹配。從此，MTM結(jié)構(gòu)可以用來以有效的和經(jīng)濟(jì)的方法集成所述組件，這是很重要的。CRLH異向材料技術(shù)允許MIMO天線小型化和以饋電器、放大器和任何功率合成器/分離器的潛在集成。這些小型化MIMO天線可以應(yīng)用于間隔較近的天線元件的二維陣列并且根據(jù)末端設(shè)備(enddevice)而具有不同的幾何形狀。例如，在某些實(shí)現(xiàn)方式中，能夠?qū)⒛ぐ仓迷谑謾C(jī)的頂部上或沿著手持式PDA和膝上型計(jì)算機(jī)的邊緣，如圖7中所示。我們將該結(jié)構(gòu)稱作為"MIMO膜"，并且它典型地位于不被用戶的手阻礙的區(qū)域中。由于MIMO模式被用于高吞吐量的應(yīng)用，因此非常不可能的是，用戶將設(shè)備放置在它的頭部附近以接入多士某體或數(shù)據(jù)應(yīng)用。此外，如在信道分集部分中所解釋的那樣，所述新型空氣接口能夠使用傳統(tǒng)的SpDiv/PoDiv技術(shù)來與BS/AP通信。由于膜包含以某種方法集成的許多RF元件，因此從MIMO數(shù)據(jù)信道經(jīng)由權(quán)重調(diào)整和M個(gè)RF信號和NT/NR個(gè)數(shù)據(jù)流之間的映射饋送所輸出的M個(gè)信號，或經(jīng)由所述權(quán)重調(diào)整和M個(gè)RF信號和NT/NR個(gè)數(shù)據(jù)流之間的映射將所述所輸出的M個(gè)信號反饋到所述MIMO數(shù)據(jù)信道。權(quán)重調(diào)整和映射器的示例為上面所述的移相器和耦合器。圖5繪出了MIMO膜的功能框圖。在圖9B和圖9C中所示的MIMO系統(tǒng)描述SM和STBCMIMO算法?；贑RLHMTM的緊湊型MIMO空氣接口可以用來支持兩種所述的算法，并能夠動(dòng)態(tài)地在它們和BS/AP之間調(diào)整BF和BFN算法，以優(yōu)化在動(dòng)態(tài)信道和各種用戶應(yīng)用中的鏈接吞吐量。通過在圖9B和9C中的、在數(shù)字信號處理權(quán)重調(diào)整(依從標(biāo)準(zhǔn)的)和模擬權(quán)重(標(biāo)準(zhǔn)不明朗的)之間進(jìn)行平衡的"信道控制"功能，完成混合的數(shù)字/模擬算法。在圖10中說明控制算法的高水平的功能性。在MIMO系統(tǒng)中將數(shù)字處理器提供為通信設(shè)備的部分以實(shí)現(xiàn)控制算法。在MIMO系統(tǒng)的數(shù)字處理器和模擬電路之間耦合模數(shù)接口。除OFDM信號音(signaltone)之外，當(dāng)前的基于MIMO的標(biāo)準(zhǔn)和未來可能的標(biāo)準(zhǔn)包括信號測量，以特征化信道分集的狀態(tài)，來導(dǎo)出相應(yīng)的SM、STBC或BF/BFN權(quán)重以供優(yōu)化吞吐量。這些標(biāo)準(zhǔn)包括專用于所述功能性的分組，并且典型地用"信道反饋矩陣，，來指代所述標(biāo)準(zhǔn)。因而，能夠在不違反MIMO標(biāo)準(zhǔn)的條件下實(shí)現(xiàn)所述算法。在時(shí)分雙工(TimeDivisionDuplexing,TDD)場景中，雙向通信出現(xiàn)于相同的頻帶上，乂人而能夠在上行中引導(dǎo)信道測量以影響B(tài)S/AP的大的能量容量。在上行和下行出現(xiàn)于兩個(gè)頻帶上的情況下，在兩個(gè)方向中都需要信道測量。由于諸如PCMCIA卡和手持式設(shè)備這樣的小型無線通信設(shè)備在功耗上有限制，因此信道適應(yīng)性出現(xiàn)于數(shù)字域和模擬域兩者中，以降低對信道更新的需要。因而，能夠以更低的處理復(fù)雜度維持吞吐量，而則這意味著節(jié)能。該特征允許每一訂戶單元執(zhí)行它自己的信道調(diào)節(jié)(channelconditioning),從此允許對支持手持式-手持式MIMO鏈接的能力。在圖10中，信道測量首先出現(xiàn)于模擬域中，以確定信號是LOS的還是NLOS的，如圖8A和8B中所示。所述一階估計(jì)給出有關(guān)信道本質(zhì)的信道控制初步信息。如果信道是完全的LOS(或者0)8見08)分量，則基于它們關(guān)于到達(dá)角(AoA)、出射角(AoD)或由訂戶單元發(fā)送的波束形成器權(quán)重的計(jì)算，通知BS/AP開始使用BS算法。所述功能性只依賴于BS/AP功能性，并且訂戶單元所做的全部事情為，共同使用所有天線元件，就好像所有天線元件為單個(gè)天線那樣，以便提高輸出功率。來自天線元件的組合信號將表現(xiàn)得好像所述天線元件是單個(gè)的大型天線。我們將該功能性稱作為共同單天線陣(CollectiveSingleAntennaArray，CSAA)，其包括單獨(dú)的波束傾斜功能性。訂戶單元不能夠支持BS或調(diào)零功能性。仍然在LOS的情況下，如果信道為高度動(dòng)態(tài)的，也就是權(quán)重的值激烈地不斷改變，則選擇STBC，否則維持BF/BFN和CSAA。能夠以純模擬的波束形成、波束操控和波束切換，取代在前一段中所描述的混合的數(shù)字域/模擬域的波束形成。如果在NLOS和LOS之間平衡信號，則支持STBC算法。在NLOS分量占優(yōu)勢的情況下，如果信道不是高度動(dòng)態(tài)的，則使用SM,否則回到更安全的算法STBC。用規(guī)范P(t+T)-H(t)ll〉截止參數(shù)來量化項(xiàng)動(dòng)態(tài)(termdynamic)信道，其中H為描述信道的NTxNR矩陣。能夠在兩個(gè)階段處完成LOS和NLOS分量的量化。首先，在模擬級給出鏈接的粗略識別明確地LOS或組合。模擬域不能夠獨(dú)自地確定NLOS的水平(level)。依靠信道控制數(shù)字信號處理來粗略地測量該要素。在現(xiàn)有尺寸的一部分處，能夠使用MTM技術(shù)來設(shè)計(jì)并發(fā)展射頻(RF)組件和具有與傳統(tǒng)的RF結(jié)構(gòu)相似的或超過傳統(tǒng)RF結(jié)構(gòu)的性能的子系統(tǒng)，例如，天線尺寸減小入/40那么多。各種MTM天線(一般地，和諧振腔)的限制之一為單頻帶天線(single-bandantenna)或多頻帶天線(multi-bandantenna)中諧振頻率周圍的窄帶寬。在這點(diǎn)上，本申請描述了這樣的技術(shù)，用以設(shè)計(jì)基于MTM的寬帶、多帶或超寬帶傳輸線(TL)結(jié)構(gòu)來將其用于RF組件和諸如天線這樣的子系統(tǒng)32中。能夠使用所述技術(shù)以確認(rèn)合適的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)成本低并且容易制造，同時(shí)維持高的效率、增益和緊湊型尺寸。還提供使用諸如HFSS這樣的全波模擬工具的、這樣的結(jié)構(gòu)的示例。在一種實(shí)施方式中，設(shè)計(jì)算法包括(1)確認(rèn)結(jié)構(gòu)諧振頻率，和(2)確定在諧振附近的色散曲線的斜率，以便分析帶寬。該方法不僅為TL和其他MTM結(jié)構(gòu)，而且為在MTM天線的諧振頻率處的MTM天線輻射，提供對于寬帶擴(kuò)展的理解和導(dǎo)引。算法還包括(3)—旦確定BW尺寸為可實(shí)現(xiàn)的，就尋找對于饋線和邊緣終止的合適匹配機(jī)制(當(dāng)被提出時(shí))，其提出在諧振周圍的寬頻帶上的、恒定匹配負(fù)載阻抗ZL(或匹配網(wǎng)絡(luò))。使用所述機(jī)制，并^吏用傳輸線(TL)分析來優(yōu)化BB、MB和/或UWBMTM設(shè)計(jì)，然后通過諸如HFSS這樣的全波模擬工具的使用在天線設(shè)計(jì)中釆用所述BB、MB和/或UWBMTMi殳計(jì)。能夠使用MTM結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)和擴(kuò)展RF組件、電路和子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和能力。其中RH和LH諧振兩者均可以出現(xiàn)的復(fù)合左右手(CompositeLeftRightHand,CRLH)TL結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)所期望的對稱性，提供設(shè)計(jì)的靈活性，并能夠處理諸如工作頻率和工作帶寬這樣的特定應(yīng)用需要。各種MTM—維和二維傳輸線經(jīng)歷窄帶諧振。目前的設(shè)計(jì)考慮能夠在天線中實(shí)現(xiàn)的一維和二維寬帶、多帶和超寬帶TL結(jié)構(gòu)。在一個(gè)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方式中，N個(gè)單元的色散關(guān)系和輸入/輸出阻抗被解決，以便設(shè)置頻帶和它們相應(yīng)的帶寬。在一個(gè)示例中，二維MTM陣列被設(shè)計(jì)為包括二維的各向異性的圖案，并且使用沿著陣列的兩個(gè)不同方向的兩個(gè)TL端口，以在終止其余單元的同時(shí)激發(fā)不同的諧振。已對1個(gè)輸入和1個(gè)輸出的TL進(jìn)行了二維各向異性的分析，其矩陣表示在公式II-1-1中示出。顯著地，進(jìn)行偏心(offcenter)TL饋電分析以沿著x和y方向合并多個(gè)諧振，以便增加頻帶。VinIin卩ABCDVoutlout(n-i-i)對于具有寬帶諧振的CRLHMTM陣列的一個(gè)示例性設(shè)計(jì)包括下列的特征(1)在該結(jié)構(gòu)下具有縮減的地平面(GND)的一維和二維結(jié)構(gòu)，(2)在該結(jié)構(gòu)下具有完整的GND的偏移饋電器的二維各向異性結(jié)構(gòu)，和(3)改進(jìn)33的終止阻抗和々貴電阻抗匹配。描述對于一維和二維CRLHMTMTL結(jié)構(gòu)的各種設(shè)計(jì)和天線設(shè)計(jì)，以提供寬帶、多帶和超寬帶的能力。這樣的設(shè)計(jì)能夠包括下列特征中的一個(gè)或多個(gè)一維結(jié)構(gòu)由具有并聯(lián)(LL，CR)和串聯(lián)(LR,CL)參數(shù)的N個(gè)相同的單元組成。這五個(gè)參數(shù)確定N個(gè)諧振頻率、相應(yīng)的帶寬和在所述諧振周圍的輸入/輸出TL阻抗的變化。這五個(gè)參數(shù)還決定結(jié)構(gòu)/天線尺寸。從而，給出充分考慮以人/40的尺寸那么小的緊湊型設(shè)計(jì)為目標(biāo)，其中A為自由空間中的傳播波長。在TL和天線兩者的情況下，當(dāng)在這些諧振附近的色散曲線的斜率為陡悄的時(shí)諧振上的寬帶被擴(kuò)展。在一維的情況下，已經(jīng)證明，斜率公式不依賴于單元的數(shù)目N,這導(dǎo)致擴(kuò)展帶寬的各種各樣的方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的是，具有高的RH頻率①R(即，低的并聯(lián)電容CR和串聯(lián)電感LR)的結(jié)構(gòu)具有較大的帶寬。因?yàn)榈偷腃R值意味著較高的頻帶(由于大多數(shù)時(shí)間，合適的LH諧振出現(xiàn)在并聯(lián)諧振cosH附近，因此較低的LH諧振意味著較高的CR值)，所以這是違反直覺的。能夠通過截取在膜片之下的GND區(qū)域來獲得低的CR值，而將所述膜片通過通路連接到GND。一旦指定頻帶、寬帶和尺寸，下一步就是考慮結(jié)構(gòu)對饋線的匹配和邊緣單元的正確終止，以達(dá)到目標(biāo)頻帶和帶寬。給出特定的示例，其中在以更寬的饋線增加BW，并添加其值接近期望頻率處的匹配值的終止電容器。在確認(rèn)合適的饋電器/終止匹配阻抗中最大挑戰(zhàn)是使它們在期望帶上為頻率無關(guān)的。為此，我們已進(jìn)行了選^f奪具有在諧振周圍相似阻抗值的結(jié)構(gòu)的完整分析。在進(jìn)行所述分析和運(yùn)行FEM模擬期間，我們注意到頻隙中不同模式的存在。典型的LH(n<0)和RH(n>0)為TEM模式，而在LH和RH之間的模式為TE模式，該TE模式被視為混合的RH和LH模式。與純粹的LH模式比較，所述TE模式具有更高的BW,并能夠被操作以對相同的結(jié)構(gòu)達(dá)到更低的頻率。在本申請中，我們提出某些示例。二維結(jié)構(gòu)與更加復(fù)雜的分析相似。二維的優(yōu)點(diǎn)為其所提供的一維結(jié)構(gòu)之上的額外的自由度。在二維結(jié)構(gòu)中，將按照一維情況下那樣的類似步驟來擴(kuò)展帶寬，并沿著X和y方向組合多個(gè)諧振以擴(kuò)展帶寬，如下面所討論的那樣。二維結(jié)構(gòu)分別由Nx列和Ny行組成，其提供總共NyxNx個(gè)單元。用分別沿著x和y軸的每一單元的串聯(lián)阻抗Zx(LRx，CLx)和Zy(LRy,CLy)以及并聯(lián)導(dǎo)納Y(LL,CR)將所述每一單元特征化。由具有兩個(gè)分支沿著x軸和兩個(gè)分支沿著y軸的四分支RP網(wǎng)絡(luò)表示每一單元。在一維結(jié)構(gòu)中，用兩分支RF網(wǎng)絡(luò)表示單位單元，分析所述兩分支RF網(wǎng)絡(luò)與分析二維結(jié)構(gòu)相比較為不復(fù)雜。所述單元通過它的四個(gè)內(nèi)部分支像萊戈(Lego)結(jié)構(gòu)那樣相互連接。在一維中，只通過兩個(gè)分支將單元相互連接。它的外部分支，也用邊緣指代該外部分支，要么被外部源(輸入端口)所激發(fā)，用作為輸出端口，要么被"終止阻抗"終止。在二維結(jié)構(gòu)中有NyxNx個(gè)邊緣分支。在一維結(jié)構(gòu)中，只有兩個(gè)邊緣分支能夠用作為輸入、輸出、輸入/輸出或終止端口。例如，被用于天線設(shè)計(jì)的一維TL結(jié)構(gòu)具有用作為輸入/輸出端口的一個(gè)末端和通過Zt阻抗-故終止的另一個(gè)末端，所述Zt阻抗在大多數(shù)情況下為無限的，并表示所延伸的天線基片。從此，二維結(jié)構(gòu)為分析起來更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。最一般的情況是當(dāng)用每一單元的塊元件Zx(nx,ny)、Zy(nx，ny)和Y(nx，ny)與所有終止Ztx(l，ny)、Ztx(Nx,ny)、Zt(nx，l)和Zt(nx,Ny)的不同值將每一單元特征化、并且饋電器不均勻時(shí)的情況。雖然這樣的結(jié)構(gòu)可以具有適合于某些應(yīng)用的唯一特性，但是它的分析是非常復(fù)雜的，并且與更加對稱的結(jié)構(gòu)相比，其實(shí)現(xiàn)更加不現(xiàn)實(shí)。當(dāng)然，這還不包括諧振頻率周圍開發(fā)帶寬擴(kuò)展。在本發(fā)明的二維部分中，我們將自己限制為具有分別沿著x方向、y方向和通過并聯(lián)的相等Zx、Zy和Y的單元。盡管具有不同CR值的結(jié)構(gòu)也是普遍的。雖然能夠用沿著輸入和輸出端口的、優(yōu)化阻抗匹配的任何阻抗Ztx和Zty終止所述結(jié)構(gòu)，但是為了簡單起見，我們考慮無限Ztx和Zty。無限阻抗相應(yīng)于沿著這些終止邊緣的無限基片/地平面。在本發(fā)明中，值為非無限Ztx和Zty的情況通過可替代的匹配約束條件服從相同的程序。這樣的非無限終止的示例為操作表面電流以在二維結(jié)構(gòu)之35中包含電磁(EM)波，來在不導(dǎo)致任何干擾的條件下考慮其它相鄰的二維結(jié)構(gòu)。另一有趣的情況是當(dāng)將輸入饋電器放置于偏離沿著x或y方向的邊緣單元其中之一的中心的位置處時(shí)的情況。這意味著即使饋送只沿著所述方向其中之一，EM波也在x和y兩個(gè)方向中不對稱地傳播。我們略述一般的NxxNy的情況，然后用1x2的結(jié)構(gòu)作為示例來將它完全地解決。為了簡單起見，我們使用對稱的單元結(jié)構(gòu)。在Nx=l和Ny=2的情況下(由1x2表示的)，我們允許輸入為沿著(l,l)單元的，并且輸出為沿著(2,1)單元的。然后，我們解決[ABCD]傳輸矩陣以計(jì)算散射系數(shù)Sll和S12。對被截切的GND、混合的RH/LHTE才莫式和完美的H而非E場GND做類似的計(jì)算。一維和二維設(shè)計(jì)兩者均被印刷在有通路在其間的基片(兩層)的兩側(cè)上，或者在具有被夾在頂部和底部的金屬化層之間的額外金屬化層的多層結(jié)構(gòu)上。具有寬帶(bb)、多帶(mb)和超寬帶(uwb)特征的一維mtmtl和天線圖11提供基于四個(gè)單位單元的一維CRLH材料TL的示例。在有被連接于地的居中的通路的電介質(zhì)基片之上放置四個(gè)分支。圖IIA示出圖11中的設(shè)備的等效網(wǎng)絡(luò)電路模擬。ZLin，和ZLouf分別相應(yīng)于輸入和輸出負(fù)載阻抗，并歸因于在每一末端處的TL耦合。這是印刷的兩層結(jié)構(gòu)的示例。參考圖2A至2C，示出了圖11和圖IIA之間的對應(yīng)關(guān)系，其中在(1)中RH串聯(lián)電感和并聯(lián)電容歸因于夾在膜片和地平面之間的電介質(zhì)。在(2)中串聯(lián)LH電容歸因于兩個(gè)相鄰膜片的存在，并且通路感應(yīng)并聯(lián)LH電感。單獨(dú)的內(nèi)部單元具有相應(yīng)于串聯(lián)阻抗Z和并聯(lián)導(dǎo)納Y的兩個(gè)諧振C0sE和cosh。由下列的關(guān)系給出它們的值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage36</formula>其中，j(sCL并且，LL(n-i誦2)圖11A中的兩個(gè)輸入/輸出邊緣單元不包括所述CL電容器的部分，因?yàn)樗硎緝蓚€(gè)相鄰MTM單元之間的、在這些輸入/輸出端口處失去的電容。在邊緣單元處CL部分的不存在防止①sE頻率諧振。因而，只有紐出現(xiàn)為11=0諧振頻率。我們將ZLin，和ZLout，串聯(lián)電容器的部分包括在內(nèi)以補(bǔ)償如圖12A中所見的丟失的CL部分，以便簡化計(jì)算分析。這樣，所有N個(gè)單元具有相同的參數(shù)。圖IIB和12B分別提供沒有負(fù)載阻抗的、圖IIA和圖12A的雙端口網(wǎng)路矩陣，并且圖IIC和圖12C提供當(dāng)將TL設(shè)計(jì)用作為天線時(shí)的模擬天線電路圖。以與公式II-1-1相似的矩陣表示，圖12B表示關(guān)系VinIin'ANBNYVoutCNAN八lout(n-i-3)因?yàn)楫?dāng)從Vin和Vout末端觀察時(shí)圖12A中的CRLH電路是對稱的，所以我們已設(shè)置了AN二DN。GR為結(jié)構(gòu)相應(yīng)的輻射電阻，并且ZT為終止阻抗。注意到ZT基本上為具有額外的2個(gè)CL串聯(lián)電容器的、圖lib中所期望的終止結(jié)構(gòu)。在其他項(xiàng)中相同的用于ZLin，和ZLout，ZLin'=ZLin+,ZLout'=ZLin+,ZT'=ZT+jcoCLjcoCLjcoCX(II-1-4)由于通過建立天線或以HFSS模擬天線來導(dǎo)出GR，因此困難的是與所述天線結(jié)構(gòu)一起工作以優(yōu)化設(shè)計(jì)。從此，優(yōu)選的是采用TL方法，然后模擬具有各種終止ZT的、與所述TL相應(yīng)的天線。公式II-l-2表示對于具有經(jīng)過修改的值A(chǔ)N，、BN，和CN，的、圖IIA中的電路仍然成立，所述經(jīng)過修改的值A(chǔ)N，、BN，和CN，反映在兩個(gè)邊緣單元處的CL任務(wù)(mission)部分。一維CRLH頻帶從通過令N個(gè)CRLH單元結(jié)構(gòu)的諧振為n兀個(gè)傳播相位長度導(dǎo)出的色散37公式來確定頻帶，其中n=0,±1,±2,……±N。此處，由公式II-1-2中的Z和Y表示N個(gè)CRLH單元中的每一個(gè)，其不同于圖11A中所示的結(jié)構(gòu)，其中CL是從末端單元丟失的。從而，可能預(yù)期的是，與所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的諧振是不同的。然而，粗泛的計(jì)算顯示，除11=0外，所有諧振都為相同的，其中C0se和(Dsh兩者在第一結(jié)構(gòu)中都諧振，并且只有C0sh在第二結(jié)構(gòu)中諧振(圖11A)。正的相位偏移(n>0)相應(yīng)于RH區(qū)域的諧振，并且負(fù)的值(n<0)與LH區(qū)域關(guān)耳關(guān)。用下列的關(guān)系給出具有Z和Y參數(shù)的N個(gè)相同單元的色散關(guān)系，而在公式II-1-2中定義所述Z和Y參數(shù)N^p二cos"(An),Angl:=>0^=-zy"VN其中An二1在偶諧振處■|n|=2me0,2,4，…2xlnt其中An^-1在奇諧振處|n|=2m+lejl,3，.2xlnt2、_1且2(II-1-5)其中，由公式II-l-2給出Z和Y,并且從N個(gè)相同的CRLH電路的線性級聯(lián)或在圖12A中所示的線性級聯(lián)導(dǎo)出AN,并且p為單元尺寸。將奇數(shù)n=(2m+l)諧振和偶數(shù)r^2m諧振分別與AN=-1和AN=1關(guān)聯(lián)。對于在圖11A和11B中的AN，并歸因于在末端單元處的CL的不存在，不管單元的數(shù)目為何，n二0模式都只在CO()-C0sH處而不在COsE和c)sh兩者處諧振。對于在表l中所指定的5C的不同的值，由下列的公式給出更高的頻率2—+脅《丄—z■對于n〉0,2《i+剩'份SH份SE(n-i-6)表1提供對于N^，2,3和4的rf直。有趣的是，不管在邊緣單元處存在(圖12A)還是不存在(圖11A)完整的CL，更高的諧振|11|>0均為相同的。此外，如公式II-l-5所述的那樣，在『0附近的諧振具有小的x值(在X的下界O附近)，而更高的諧振傾向于達(dá)到x的上界4。表l:對于N^，2,3和4單元的諧振38<table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table>圖13A和13B提供沿著beta曲線的諧振位置的示例。圖13A說明其中LRCL=LLCR的平衡的情況，并且圖13B示出具有在LH和RH區(qū)域之間的間隙的不平衡情況。在RH區(qū)域(nX))中，結(jié)構(gòu)尺寸—Np隨著頻率減小而增加，其中p為單元尺寸。與LH區(qū)域比較，通過較小的Np值達(dá)到較低的頻率，從此尺寸減小。卩曲線提供在所述諧振周圍的帶寬的某些指示。舉例來說，清楚的是，因?yàn)橼嗲€幾乎為平的，所以LH諧振遭受窄的帶寬。在RH區(qū)域中，因?yàn)橼嗲€更陡峭，所以帶寬應(yīng)該更高，或者在其他項(xiàng)中條件l:在w-w,.w=叫，《±!,必32."附近，第一BB條件d(AN)1-AN2<<1d》2Ak1_V4《1d義2饑浴+乂其中p-單元大小，并且d"(n-i-8)其中，在公式n-i-5中給出x,并且在公式n-i-2中定義o)R。從公式n-i-5中的色散關(guān)系，當(dāng)IAN卜1時(shí)出現(xiàn)諧振，這導(dǎo)致公式II-1-8的第一BB條件(條件l)中的零分母。作為提醒，AN為N個(gè)相同單元的第一傳輸矩陣項(xiàng)(圖12A和圖12B)。計(jì)算顯示，條件1確實(shí)是不依賴于N的，并由在公式II-1-8中的第二公式給出。它是在表1中定義的諧振處分子和5C的值，其定義色散曲線的斜率，從而定義可能的帶寬。目標(biāo)結(jié)構(gòu)為在尺寸上至多Np=X/40,同時(shí)BW超過4。/。。對于具有小的單元尺寸p的結(jié)構(gòu)，由于對于nO諧振發(fā)生在表1的)c值為4附近的處，在其他項(xiàng)中(1-x/4—0)，因此公式II-1-8清楚地指示高的(DR值滿足條件1，即低的CR和LR值。一維CRLHTL匹配如先前所示的那樣，一旦色散曲線的斜率具有陡峭的值，那么下一步就是確認(rèn)合適的匹配。理想的匹配阻抗具有固定的值，并不需要大的匹配網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)。此處，單詞"匹配阻抗，，指的是在諸如天線這樣的單側(cè)饋電器情況下的饋線和終止。需要對圖12B中的TL電路計(jì)算Zin和Zout，以便分析輸入/輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。由于圖12A中的網(wǎng)絡(luò)是對稱的，因此直截了當(dāng)?shù)氖潜砻鱖in=Zout。如下面的公式中所示的那樣，我們也已表明Zin不依賴于N:BNBlZ<、Zin'CNC〗Y(jié).丄其只具有正的實(shí)數(shù)值(n-i-9)B1/C1大于零的原因是歸因于公式II-1-5中的條件IANI《1，其導(dǎo)致下列的阻抗條件第二BB條件為對于Zin隨諧振附近的頻率稍有變化，以便維持恒定的匹配。要記得的是，如公式II-l-4中所述的那樣，真正的匹配Zin，包括一部分CL串聯(lián)電容。dZin條件2:第二BB條件在諧振附近，dty《i.(n-i-io)天線阻抗匹配不像圖11和圖11B中的TL示例那樣，天線設(shè)計(jì)具有無限阻抗的末端開方文側(cè)，其典型地弱匹配結(jié)構(gòu)邊^(qū)^阻抗。由下面的^^式給出電容的終止ANZ.f其依賴于N并為純虛數(shù)(II-1-11)由于LH諧振典型地為比RH諧振更窄的，因此所選擇的匹配值比在n>0中更加接近于在n<0中所導(dǎo)出的匹配值。有被截切的GND的一維CRLH結(jié)構(gòu)能夠減小并聯(lián)電容器CR,以便增加LH諧振的帶寬。如公式II-l-8中所解釋的那樣，所述減小導(dǎo)致更陡峭的beta曲線的更高的O)R值。有各種各樣的方法來減少CR,包括l)增加基片的厚度，2)減小頂部單元膜片的區(qū)域，或3)減小在頂部單元膜片之下的GND。在設(shè)計(jì)設(shè)備中，可以組合所述三種方法中的任何一種以產(chǎn)生最終的設(shè)計(jì)。圖14A說明被截切的GND的一個(gè)示例，其中GND具有小于頂部膜片的尺寸，并沿著頂部單元膜片下方的一個(gè)方向。接地導(dǎo)體層包括帶狀線1410，其連接到至少一部分單位單元的導(dǎo)電通路連接器，并且通過該部分單位單元的導(dǎo)電膜片下方。帶狀線1410具有小于每一單位單元的導(dǎo)電通路的尺寸的寬度。被截切的GND的使用可以是比其他方法更加實(shí)際的，以在商業(yè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，其中基片厚度為小的，并且因?yàn)檩^小的天線效率，所以不能夠減小頂部膜片區(qū)域。如圖14A中所說明的那樣，當(dāng)截取底部的GND時(shí)，另一個(gè)電感器Lp(圖14B)從金屬化帶(metallizationstrip)出現(xiàn)，該金屬化帶將通路連接到主要的GND。圖15A和15B示出被截切的GND設(shè)計(jì)的另一個(gè)示例。在該示例中，接地導(dǎo)電層包括公共的接地導(dǎo)電區(qū)域1501和帶狀線1510,而在帶狀線1510的第一遠(yuǎn)端處，將所述帶狀線1510連接到公共的接地導(dǎo)電區(qū)域1501,并將帶狀線1510的第二遠(yuǎn)端連接到至少一部分單位單元的導(dǎo)電通路連接器，該導(dǎo)電通路連接器在該部分單位單元的導(dǎo)電膜片下方。帶狀線具有小于每一單位單元的導(dǎo)電通路的尺寸的寬度。能夠?qū)С鰧τ诒唤厍械腉ND的公式。諧振服從如公式II-1-6和表1中的相同的公式，如下面所解釋的那樣方法1(圖14A和14B)諧振與公式II-1-2、6、7和表1中用LR+Lp代替LR之后相同CR變得非常小此外，對于lnl-Q，每一模式具有兩種諧振，相應(yīng)于1)co±7I,對于LR—LR+Lp2)co，±,對于LR—LR+Lp/N，其中N為單元的數(shù)目阻抗/>式變成<formula>formulaseeoriginaldocumentpage42</formula>,其中X--YZ并且^=-YZp，Z產(chǎn)jcoLp,并且在公式II-1-3中定義Z,Y(II-1-12)從公式n-i-i2中的阻抗公式，清楚的是，兩個(gè)諧振(D和(o，分別具有低的和高的阻抗。從而，在co諧振附近調(diào)諧總是更加容易。方法2(圖15A和15B)諧振與公式II-1-2、6、7和表1中用LL+Lp代替LL之后(II-1-13)CR變得非常小在第二種方法的情況下，組合并聯(lián)感應(yīng)(LL+Lp)增加，同時(shí)并聯(lián)電容器減少，這導(dǎo)致較低的LH頻率。天線的示例在下面的示例中所描述的天線由如下組成50QCPW(co-planarwaveguide,共面波導(dǎo))饋線(頂層)在CPW饋線周圍(頂層)的頂部的地(GND)發(fā)射襯墊(launchpad)(頂層)單個(gè)單元頂部的金屬化單元膜片(頂層)，連接頂層和底層的通路和將通路連接到主要底部GND的窄帶(底層)。使用HFSSEM模擬軟件來模擬天線。此外，已通過測量制作并特征化了某些設(shè)計(jì)。天線元件的部分參數(shù)描述位置天線元件每一天線元件由被經(jīng)由發(fā)射襯墊和饋線連接到50QCPW線的MTM單元組成。發(fā)射一于墊和饋線兩者均位于基片的頂部上。饋線將發(fā)射襯墊與50QCPW線連接。頂層發(fā)射襯塾將MTM單元連接到饋線的矩形形狀。在發(fā)射襯墊和MTM單元之間有間隙WGap。頂層MTM單元單元膜片矩形形狀頂層通路圓柱形形狀，并且將單元膜片與GND纟十墊連^妄。GND4于墊小正方形襯墊，其將通路的底部部分連^l妄到GND線。底層GND線將GND襯墊、進(jìn)而MTM單元與主要的GND連接底層所述示例刻畫各種幾何形狀的被截切的接地導(dǎo)電層的特征。示例1:對于USB連接器的入/48x人/202x2WiFi在圖16A、16B和16C中說明MIMO天線設(shè)計(jì)和HFSS模擬的結(jié)果。2x2MIMOUSB連接器在2.4GHz和5GHz帶處操作。在2.5GHz頻率處，天線的尺寸為入/48x入/20。基片為介電常數(shù)5=4.4的FR4，并且寬度=21mm,L=31mm,而厚度h=0.787mm。GND尺寸為21x20mm。單元尺寸為2.5x5.8mm，并位于離頂部的GND為14mm處。如圖16a中所示的那樣，CPW軌跡寬度為0.3mm，并且離頂部GND的間隙為0.15mm。在甲IOdB處，帶為2.44-2.55和4.23-5.47。最大的模擬增益在2.49GHz處為1.4dBi,并在5.0GHz處為3.4dBi,其為天線如果尺寸非常小時(shí)其具有足夠效率的指示。帶寬在2.4GHz處為接近5%。示例2:對于USB連接器的小的2x2WiFi(成形的單元)在圖17A、17B和17C中說明另一個(gè)MIMO天線設(shè)計(jì)和HFSS模擬結(jié)果。與圖16的天線比較，所述天線在2.4GHz處具有更好的絕緣性和2dBi的最大增益，其指示更好的性能。所述天線是這樣一個(gè)示例倘若存在通路，單元膜片的幾何形狀能夠取任意形狀?；瑸榻殡姵?shù)￡=4.4的FR4,并且寬度=21mm,L=31mm,而厚度h=0.787mm。GND尺寸為21x20mm。如圖15a中所示的那樣，CPW軌跡寬度為0.3mm，并且離頂部GND的間隙為0.15mm。在-10dB處，帶為2.39-2.50。示例3:890MHz的小型天線這個(gè)示例為如圖18A中所說明的那樣，當(dāng)將通路連接到底部GND的帶狀線在較長的距離上延伸時(shí)，如何能夠?qū)㈩l率調(diào)諧到較低的值，這相應(yīng)于較高的感應(yīng)Lp值。在890MHz頻率處，天線的尺寸為人/28x入/28?；瑸榻殡姵?shù)s二4.4的FR4，并且寬度=30mm,L=37mm,而厚度h=0.787mm。GND尺寸為20x30mm。單元尺寸為12x5mm,并位于離頂部GND為14mm處。如圖16a中所示的那樣，CPW軌跡寬度為1.3mm，并且離頂部GND的間隙為1mm。在-6dB處，帶為780-830MHz(從測量獲得)。在-10dB處的額外更高的頻帶為3.90-4.20GHz和4.46-5.31GHz(從測量獲得)。最大模擬增益在890MHz處為-2dBi，并在5.0GHz處為2.8dBi,其為天線在尺寸極小時(shí)具有足夠效率的指示。已經(jīng)在Satimo64室中才企驗(yàn)了效率和輻射圖案，并且發(fā)現(xiàn)在890MHz和4.5GHz的帶處效率范圍在55-60%之44間。帶寬在890MHz處接近3.5%。示例4:UWB天線所述天線使用發(fā)射襯塾和單元之間的較高耦合電容CL來提供更好的匹配條件，而非操作Lp。在圖19A、19B和19C中分別說明了設(shè)計(jì)和結(jié)果。天線的尺寸在1.6GHz處為人/56x入/12，并且在3.2GHz的頻率處為入/23x入/6。基片為介電常數(shù)5=4.4的FR4,并且寬度=20mm,L=35mm,而厚度h=0.787mm。GND尺寸為20x20mm。單元尺寸為14x4mm,并位于離頂部的GND為14mm處。如圖16a中所示的那樣，CPW軌跡寬度為1.3mm,并且離頂部GND的間隙為1mm。使用具有0.3mm寬的兩個(gè)指和0.1mm的間隙的叉指電容器(inter-digitalcapacitor),來設(shè)計(jì)更高的耦合電容。在-6dB處，帶為1.63-2.34GHz(從測量獲得)。額外的更高頻帶在3.20-4.54GHz和5.17-5.56GHz處為-10dB(從測量獲得)。最大模擬增益在3.3GHz處為3.5犯i,并且所測量的效率在1.6和3.2GHz的帶兩者處為60-70%之間，其對于所述尺寸的天線和其大的帶寬，值非常高。能夠基于單位單元陣列的不對稱設(shè)計(jì)或至少一個(gè)饋線的耦合位置，使用二維CRLH異向材料結(jié)構(gòu)來創(chuàng)建沿著兩個(gè)不同方向的結(jié)構(gòu)的空間各向異性的分布。下列的段落描述二維結(jié)構(gòu)的分析以便設(shè)計(jì)MTM膜，其中接進(jìn)沿著x和y方向的不同端口提供有關(guān)沿著NxxNy個(gè)單元的EM場強(qiáng)分布的信息，其導(dǎo)致特定的輻射圖案。因?yàn)檠刂鴛和y方向的不同的諧振激發(fā)，所以還能夠使用所述二維結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)雙頻天線。能夠組合所述兩種諧振以增加帶寬。所述二維結(jié)構(gòu)還實(shí)現(xiàn)雙工才幾工作和雙工器工作的功能性。二維各向異性CRLHTL結(jié)構(gòu)一般化形式的一維筒單明了，然而因?yàn)楝F(xiàn)在單元通過四個(gè)分支而不是兩個(gè)來相互連接，所以分析的復(fù)雜度增加。在我們的二維分析中采用下列的符號。有Nx列和Ny行。就陣列結(jié)構(gòu)而言，由每一單元的位置表示所述每一單元(nx,ny)，其中nx為它的列位置，并且ny為它的行位置。如在一維的情況下那樣，我們使用在沿著x軸的通路的每一側(cè)處具有Zx/2阻抗的和在沿著y軸的通路的每一側(cè)處具有Zy/2阻抗的對稱單元。所述對稱符號不僅筒化計(jì)算，而且給出最終實(shí)現(xiàn)的可行表示。邊緣單元相應(yīng)于nx=l或Nx以及ny=l或Ny。輸入端口位于(1,nyin)處，并且輸出端口位于(Nx,nyout)處。除輸入和輸出單元之外，對于nx=l或Nx由"Ztx"終止其余的邊緣單元，并且對于ny=l或Ny由"Zty"終止其余的邊緣單元。由Vx(l,ny)表示沿著nx-l的電壓，由Vx(Nx+l，ny)表示沿著rD^Nx的電壓，并且它們的關(guān)聯(lián)電流為Ixu,ny)和IV+1,ny),其中Vin=Vx(1,—)、Iin=IX(i,nyin)、VOUt=V(Nx+i,nyout)并且IOllt=I(Nx+l,nyout)。在具有VOUt^V^y。ut)的二維分析中使用在一維情況下使用的類似符號，并且將(Nx+l,nyout)的指標(biāo)用于二維分析中以代替一維分析中的(Nx,nyout)的指才示。使用RF網(wǎng)絡(luò)矩陣來解決所有邊界和終止條件，以從下面的公式提取在7>式II-l-l中的A、B、C和D系數(shù),Vx、(1>nT-xTiiTX=nf「[l]物Zx/2[1]丫[1]I、LvjNyxNyL丄J乂、L^"JNyxNyL丄」乂、L、。LiJ/、丄(Nx)乂工0][1]X、卩其中iiij傷Cx.L"joCyJLJ^JLgJL(II-2-1)其中，V和I為具有Ny個(gè)項(xiàng)的列，以使得Vin=Vxu,—)、Iin=r0,nyin)、vout=vx(Nx+),ny。ut)、iout=r(Nx+1,nyout)，并且終止邊緣單元為vx(1,ny)=ztxr(,ny)和V(Nx+l,ny)=ZtXI(Nx+l,ny)。所有的括號[..]相應(yīng)于以[l]為單位矩陣和[O]表示所有零矩陣的NyxNy的頭巨陣。在Caloz禾口Itoh的"ElectromagneticMetamaterials:TransmissionLineTheoryandMicrowaveApplications,"(JohnWiley和Sons，2006)中導(dǎo)出矩陣[X]。能夠?qū)⒐絀I-2-l中的、具有其相互連接和終止約束條件的2Nyx2Ny46的矩陣減小到公式n-l-l中所表示的一維結(jié)構(gòu)。下面在對于以Nx=l和Ny=2的配置的、特定示例中說明所述過程。我們導(dǎo)出具有特征阻抗Zc(co)-Vin/Iin，其倘若nyin=nyout,則在我們的對稱單元結(jié)構(gòu)中其也等同于Zc(ro)=Vout/Iout。由如下給出對于有四個(gè)端口的一個(gè)單元(二維結(jié)構(gòu)的構(gòu)件塊)的色散關(guān)系^ycos(/kPx)+zxcos(/fyPy)=7y+—~Xy=—ZyYg&xx=—ZxYg(II-2-2)在下列的情況下，將公式(II-2-1)簡化為由公式(II-1-5)給出的一維情況Py或Py—0Zy~>oo與一維情況相似，對于》和》的可能值為如下a)對于0《pxPx《Ti和(3y-0;px=c。s.1(l—|)=>0SzK￡4(—維情況)b)只于于pxPx=7T禾口0<卩yPy《丌；pyP"c。s-'(l+嘗—爭-OS;rKc)對于獨(dú)立的px和(3y傳播，(3uPu-cos-1(1-，)=>OS_yu其中u二x，yd)—般情況公式II-1-5=>1)0Q"0"y和L"一"l2;2)0H.和OQ.u"，對于u;^u'"x，y》。(n-2-3)不像一維情況中X值限于0和4之間并對于較低頻率傾向于達(dá)到4的那樣，二維結(jié)構(gòu)更加豐富，不僅提供相似的一維結(jié)構(gòu)(公式II-2-3的情況a)和沿著x和y方向的獨(dú)立傳播(公式II-2-3的情況c)，而且提供如在情況b和c中的那樣的耦合傳播。對于具有相近諧振nx和ny的耦合傳播，能夠組合多個(gè)諧振以增加帶寬。另一個(gè)方法為如情況b中所圖示的那樣，其中Zx提供額外項(xiàng)來沿著y方向((3y)精細(xì)地調(diào)諧色散關(guān)系，以便具有更陡峭的斜率，從而具有更大的BW。Nx=l和Ny=2的示例在本示例中，我們考慮當(dāng)Ztx—00、Zty—oo和nyin=nyout=l時(shí)的特殊情況。在這種情況下，電流分量r(,2產(chǎn)r(2,2)=o。轉(zhuǎn)換公式II-1-2中的這些值導(dǎo)致一組具有四個(gè)未知的Vin=V、,d，Iin=r(u)，V、,2)和壙(2,2)的四個(gè)公式，以針對Vout=r?！缓蚻out=1、,"進(jìn)行計(jì)算。在使用公式II-2-1并使用文獻(xiàn)[1]中所導(dǎo)出的[X]矩陣進(jìn)行簡單明了的計(jì)算之后，我們發(fā)現(xiàn)對于[ABCD]矩陣有如下「Vin、Iin。Zx乂Ya2—Yb22'YaYa2—Yb21+Zx(Ya2其中YbYa=Yg+丄+-1-ZyZy/2+Zt、2YaYb2)out、lout-，Yb15Yc乂Zy(n-2-4)在上面的公式中，將Zty-°°的條件應(yīng)用于反映在沿著y軸的邊緣處的開放電路。基于所述ABCD值，能夠獲得對于所述1x2二維示例和匹配條件的相應(yīng)色散曲線。如公式II-l-8中所示的那樣，A的值設(shè)置諧振和BW。不像一維情況那樣，如果我們選擇Yg中的CR以在x和y方向中具有不同的值，則二維結(jié)構(gòu)具有在Zy中的兩個(gè)額外的設(shè)計(jì)參數(shù)和第三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)。由于Nx二l,因此可能出現(xiàn)以nx=0的諧振，然而因?yàn)檠刂鴜方向有兩個(gè)單元，所以當(dāng)》=2時(shí)也滿足A=l，其相應(yīng)于如表1中所示的那樣的lny—1諧振。這兩種可能性的組合提供了組合諧振的方法。能夠設(shè)置匹配阻抗Zc以在諧振頻率上匹配輸入/輸出阻抗。Zin=Zout歸因于當(dāng)由任一側(cè)觀察時(shí)網(wǎng)絡(luò)完全對稱的事實(shí)。其次，計(jì)算Zc以確定在期望頻帶上與恒定的Zc值一起工作的結(jié)構(gòu)VinVoutl十與Ya2-Yb22Ya、Zc十Zx1+——(Ya2—Yb2)4YaIinloutYa2_Yb22Ya(II-2-5)部分地基于有關(guān)單位單元的一維陣列的分析，下列的段落描述具有布置在二維陣列中的單位單元的CRLHMTM結(jié)構(gòu)。這樣的單位單元二維陣列可以用于構(gòu)建具有一個(gè)或多個(gè)用于各種應(yīng)用的端口的各種MTM膜。例如，能夠4吏用沿著兩個(gè)正交的方向x和y有不同的端口的MTM膜，以獲得沿著NxxNy個(gè)單元的EM場的期望分布，并提供對特定應(yīng)用所定制的輻射圖案。48偏移饋電器的設(shè)計(jì)上面所描述的示例示出沿著一個(gè)方向的信號傳播或沿著x和y方向的去耦合傳播。能夠被用于增加帶寬并優(yōu)化匹配條件的另一個(gè)設(shè)備參數(shù)為偏移饋電器。那意味著通過在其下方和其上方的x-y平面為不對稱的方法、沿著x方向偏離中心放置饋電器。這觸發(fā)EM波以y方向傳播，并且不具有沿著y方向激發(fā)ny種模式的、分離饋電器。例如，在3x3的結(jié)構(gòu)中，如果將饋電器放置在單元的中心y邊緣(nx^，ny-2)處，則將其視為中心饋電器(centeredfeed)。如果因?yàn)閷ΨQ性將饋電器代替地放置在單元的中心y邊緣(nx=l，ny=l)或(nx=l，ny=3)處，則饋電器被視為偏心的。如果饋電器仍在(nx=l,ny二2)單元處，而沿著y邊緣從中心有空間偏移5，則能夠做相同的推論。在這樣的偏移饋電之下，由于色散曲線px和(3y能夠手工調(diào)制為幾乎在彼此的頂部，因此nx和ny諧振具有接近的值和相似的帶寬(BW)(斜率)。圖20A-20E示出這樣的異向材料天線和激發(fā)的x模式和y模式的示例。圖3示出這樣的具有沿著x和y方向的兩個(gè)I/O端口的CRLH異向材料天線的特定示例。多個(gè)單元的CRLHMTM結(jié)構(gòu)能夠被設(shè)計(jì)為具有如單個(gè)天線那樣的二維各向異性的異向材料結(jié)構(gòu)，其中由于x方向和y方向的單位單元的不同物理尺寸(因而不同的等效電路參數(shù))而造成在所述單個(gè)天線中在兩個(gè)不同(所期望的)頻率處激發(fā)(LH-)諧振模式。所述諧振x模式和y模式可以是屬于相同階或者不同階的，即，兩者均相應(yīng)于n:l,或者一個(gè)相應(yīng)于n=0而另一個(gè)相應(yīng)于n=-l。兩個(gè)饋電器均為沿著x和y方向的中間單元中心位置。由于能夠只經(jīng)由天線的相應(yīng)端口激發(fā)所述兩種模式中的每一種，因此能夠只由設(shè)備的Tx端口或Rx端口使用期望頻帶處的信號，從而消除了對雙工器的需要。此外，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)在天線處的傳輸線，以使得它們匹配相應(yīng)的RF鏈的阻抗，能夠由這些線提供信號的選擇性濾波。在這種情況下，還能夠消除對相應(yīng)的BP濾波器的需要，這還進(jìn)一步地減小設(shè)備的尺寸和復(fù)雜度。作為特定的示例，在圖20A-E中的單位單元能夠包括兩個(gè)基片和三個(gè)金屬層。將具有低電介質(zhì)常數(shù)(srl=3.5，h^3.048mm)的較厚的基片RO4350和具有高電介質(zhì)常數(shù)(sr2=10.2,h2=0.25mm)的較薄的基片RO3010堆疊在一起。每一單位單元包括在頂部相鄰膜片之間有0.2mm間隙的4.8x4.8mm2正方形膜片，和被連接到地的金屬通路。在x和y兩個(gè)方向上被鏈接到相鄰單元的四個(gè)MIM電容器分別為4.5mm2和3.8mm2。然而，i殳計(jì)不限于只有所述材料，反而是，能夠使用適合于RF和微波應(yīng)用的任何電介質(zhì)材料。高級MTM天線子系統(tǒng)的總體尺寸為13.2mm(寬度)、13.2mm(長度)和3.278mm(高度)。饋電器為頂部金屬化層上的14x2的微帶線。在全波高頻模擬工具AnsoftHFSS中建立高級MTM天線模型。圖20F示出來自圖20A至20E中有雙端口的二維MTM天線的HFSS模擬的結(jié)果。調(diào)整在這種情況下的各向異性，以使得天線能夠如用于WCDMA頻率的高級雙工器那樣操作。發(fā)送帶中心頻率為1.95GHz，并且接收帶中心頻率為2.14GHz。端口1回波損耗(retumloss)示出發(fā)送帶中的端口1的諧振。端口2的回波損耗示出接收帶中的端口2的諧振。從S12圖顯然的是，從Tx通路到Rx通路獲得多于25dB的絕緣性。當(dāng)激發(fā)沿著x軸的端口并且沿著服從激發(fā)方向的間隙集中大多數(shù)場時(shí)，EM場分布沿著二維結(jié)構(gòu)。圖20G示出基于圖20A中的雙端口雙頻MTM天線的典型MTMFDD設(shè)備。在本示例中，MTMFDD設(shè)備包括雙端口異向材料天線；具有用于獨(dú)立的信號發(fā)送和接收的發(fā)送(Tx)端口和接收(Rx)端口的RFIC;兩條饋線Feedl和Feed2，其將相應(yīng)的天線端口連接到RFIC的Tx端口或Rx端口；和帶通濾波器，分別被連接在設(shè)備的Tx鏈和Rx鏈中，以供選擇適當(dāng)工作頻帶中的信號。從而，用于FDD的異向材料天線子系統(tǒng)包括雙端口異向材料天線，具有兩個(gè)天線端口；和兩條饋線，其連接相應(yīng)的天線端口以分別運(yùn)送由RFIC電路產(chǎn)生的、發(fā)送頻率處的發(fā)送信道信號Tx和從天線接收并被導(dǎo)向RFIC電路的、不同接收頻率處的接收信道信號Rx。異向材料天線為提供兩種不同諧振模式的二維各向異性的天線，經(jīng)由相應(yīng)天線端口其中之一激發(fā)所述諧振模式中的每一種。此外，雙端口異向材料天線能夠包括兩個(gè)天線端口和兩條饋線，所述兩條饋線連接相應(yīng)的天線端口以分別運(yùn)送由RFIC電路產(chǎn)生的、發(fā)送頻率處的發(fā)送信道信號Tx和從天線接收并被導(dǎo)向RFIC電路的、不同接收頻率處的阻抗，而無需用于分別將發(fā)送頻率和接收頻率處的、發(fā)送信道信號和接收信50道信號的部分中的信號進(jìn)行濾波的帶通濾波器。異向材料天線為提供兩種不同諧振模式的二維各向異性的天線，所述諧振模式中的每一種經(jīng)由相應(yīng)天線端口中的一種激發(fā)。所述設(shè)備還可以包括分別被耦合于設(shè)備的Tx鏈和Rx鏈中的發(fā)送帶通濾波器和接收帶濾波器?；谏厦娴腗TM設(shè)計(jì)的無線FDD設(shè)備可以包括雙端口異向材料天線，具有在發(fā)送頻率處諧振的發(fā)送端口和在不同的接收頻率處諧振的接收端口；RFIC電路，具有發(fā)送(Tx)端口和接收(Rx)端口，以供在發(fā)送頻率處信號的獨(dú)立發(fā)送和在接收頻率處信號的獨(dú)立接收；和兩條饋線，其分別將相應(yīng)的天線端口連接到RFIC電路的Tx端口和Rx端口。天線的饋線可以被設(shè)計(jì)為匹配參考平面處的相應(yīng)RFIC鏈的阻抗，而無需每一信號通路中的帶通濾波器。在另一種實(shí)施方式中，異向材料天線為提供兩種不同諧振模式的二維各向異性天線，所述諧振^t式中的每一種只經(jīng)由一個(gè)相應(yīng)的天線端口激發(fā)。圖21A-21E示出兩種才莫式CRLHMTM天線的另一個(gè)示例。沿著x方向和y方向，二維天線能夠具有不同的參數(shù)，即，各向異性的MTM結(jié)構(gòu)。因?yàn)樗母飨虍愋?，所以能夠在不同的頻率處激發(fā)相同階的LH諧振。通過設(shè)計(jì)具有適當(dāng)?shù)腃LRH參數(shù)的天線，能夠出現(xiàn)相互非常接近的x模式和y模式，因而能夠使用所述x模式和y模式來創(chuàng)建具有組合BW的天線，所述組合BW等同于單個(gè)諧振的BW之和。該實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)特征是，能夠?qū)⑵起侂娖鲬?yīng)用于一個(gè)點(diǎn)處的MTM結(jié)構(gòu)，其考慮激發(fā)x模式和y模式兩者。底部的層具有完全金屬的GND平面和具有偏離結(jié)構(gòu)的中心軸的饋線。還可以使用CRLHMTM結(jié)構(gòu)來構(gòu)建方向RF耦合器，其使用具有MIMO天線的定向耦合器，以減小相鄰天線之間的耦合。如圖22中所示的那樣，定向耦合器為四端口設(shè)備，其改進(jìn)在間隔接近(諸如入/10間距這樣)的天線之間的絕緣性，以恢復(fù)在模擬域中和以被動(dòng)方式下的信號之間的正交性。通過使用90°或180°的定向耦合器，將從天線接收的信號去耦合。減小天線之間的耦合可能是成功的MIMO天線陣設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵組件，因?yàn)檫@樣做會(huì)生成不相關(guān)的通路。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的定向耦合器的尺寸為大的，所以傳統(tǒng)定向耦合器需要有幾段入/4長度的TL，這使它們的實(shí)現(xiàn)變得不切實(shí)際。能夠使用CRLHMTM結(jié)構(gòu)來減小90°或180°的定向耦合器的尺寸。這通過設(shè)計(jì)具有兩個(gè)端口連接到51天線而其他兩個(gè)連接到無線電收發(fā)器的四端口定向耦合器來完成。能夠?qū)煞N不同的激發(fā)應(yīng)用于天線端口以減小絕緣性，諸如(0°,90°)和(90°,0°)那樣。這也就是，天線的輻射圖案接近于變成正交的。通過180'的耦合器，不同的激發(fā)為(0°，0°)和(0°,180°)的激發(fā)，它們相應(yīng)于輸入信號之間的和與差。圖23示出MTM去耦合匹配網(wǎng)路的示例。因?yàn)槎ㄏ蝰詈掀鳒p小相鄰天線之間的耦合，所以類似地，期望找到設(shè)計(jì)最佳匹配網(wǎng)絡(luò)的部件，該最佳匹配網(wǎng)絡(luò)不僅將間隔接近的天線去耦合，而且允許被指派到每一天線端口的任意波束圖案。定義實(shí)際的迭代方法來建立這樣的被動(dòng)的和無損的去耦合和圖案成形匹配網(wǎng)絡(luò)(DecouplingandPatternShapingMatchingNetworks,DPSN)。不像其中只能夠一次將兩個(gè)天線去耦合的定向耦合器那樣，DPSN連接到N個(gè)天線端口和N個(gè)收發(fā)器端口。所述匹配網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)(entry)包括在N個(gè)天線端口和N個(gè)收發(fā)器端口之間的相位偏移的特定值。因而，將定向耦合器考慮為其中n=2并且相位偏移為90°或180°的特殊的dpsn情況。此處也佳一用平衡的crlhtl來設(shè)計(jì)并減小dpsn的尺寸。天線陣組合多個(gè)MTM天線，以使得由不同的幾何形狀來定義它們的布局，以基于最終的應(yīng)用來優(yōu)化輻射圖案和極化。例如，在WiFi接入點(diǎn)(AP)中，能夠沿著板的周長來印刷天線，所述板具有CPW線將它們連接到功率合成器/分離器和開關(guān)。能夠沿著膝上型計(jì)算機(jī)的顯示器或在其他通信設(shè)備中實(shí)現(xiàn)相同的天線。圖24和25示出兩個(gè)示例。沿著將天線元件連接到功率合成/分離模塊的軌跡使用諸如二極管這樣的切換元件。由波束切換控制器(BSC)控制這些二極管，以便只激發(fā)天線陣的子集。可以將切換元件放置于離功率合成器/分離器的入/2處以便改進(jìn)匹配條件，其中入為正在傳播的波的波長。能夠使用移相器和/或延遲線來進(jìn)一步增強(qiáng)所選擇的天線的波束圖案。功率合成器/分離器(PCD)可以是現(xiàn)成的(off-the-shelf)組件或?yàn)楸恢苯佑∷⒃诎迳系?。印刷PCS可以基于諸如WilkinsonPCD這樣的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，或諸如零階功率合成器和分離器(UCLA2005的公開)這樣的MTM設(shè)計(jì)。在下面的示例中，我們il明印刷WilkinsonPCD。將來自PCD的輸入/輸出信號饋送到無線電收發(fā)器以被處理。數(shù)字信號處理器被裝備有評估鏈接性能的部件。這可以是基于誤包率(packeterrorrate)和RSSI(所接收到的信號強(qiáng)度)。數(shù)字處理器基于信號性能的水平將反饋提供到BSC。當(dāng)向適合于特定位置和時(shí)間處的通信環(huán)境的最佳波束圖案會(huì)聚時(shí)，能夠由下列的階段來描述BSC的操作掃描模式:這是一個(gè)初始化過程，其中在轉(zhuǎn)變到較窄的波束之前，首先使用較寬的波束以使強(qiáng)的通路的方向變窄。多個(gè)方向會(huì)呈現(xiàn)相同的信號強(qiáng)度。在錄入存儲(chǔ)器之前，所述圖案被標(biāo)記上客戶端信息和時(shí)間。鎖定模式:將鏈接鎖定到呈現(xiàn)最高信號強(qiáng)度的單個(gè)圖案中的一個(gè)。重新掃描模式:如果鏈接開始示出更低的性能，則觸發(fā)重新掃描模式，其將考慮首先被錄入到存儲(chǔ)器的波束圖案，并首先從所述方向改變光束的方向。MIMO模式:在MIMO系統(tǒng)中，所期望的是在將MIMO多個(gè)天線圖案鎖定到所述方向之前，首先找到強(qiáng)的多徑鏈接的方向。從而，天線的多個(gè)子集將同時(shí)操作，并且每一個(gè)都連接到MIMO收發(fā)器。ZOR功率合成器分離器功率合成器能夠包括具有輸出端口和輸入端口的N個(gè)分支的零度復(fù)合右/左手(CRLH)傳輸線(TL)。每一輸入端口被配置為從天線接收輸出信號。由ZORTL來同相地組合輸入端口以生成輸出信號。ZOR模式相應(yīng)于無限波長固定波諧振腔，其中分支端口自由耦合以組合它們的信號，并且TL的其他末端為末端開放的。能夠使用集總電感器(lumpedinductor)和電容器來建立功率合成器。能夠?qū)伨€印刷為微帶線或CPW饋線。輸出端口被配置為匹配所連接的設(shè)備的阻抗。N個(gè)分支輸入線具有集成的開關(guān)以激活或禁止端口。開關(guān)可以是二極管或MEMS設(shè)備。在公開號為20060066422、Itoh等人于2006年5月30日發(fā)表的題為"zeroth-orderresonator"的美國專利公開中描述了零階CRLHMTM傳輸線的示例，以參考的形式將其并入為本申請的說明書的部分。功率分離器能夠包括具有輸入端口和N個(gè)分支的輸出端口的零度CRLH傳輸線(TL)。每一輸出端口被配置為將信號發(fā)送到信號。同相地等分輸入信號以生成N個(gè)輸出端口。ZOR模式相應(yīng)于無限波長固定波諧振腔，其中分支端口自由耦合，以便從主要的輸入端口等分信號，并且TL的其他末端為末端開放的。能夠使用集總電感器和電容器來建立功率合成器。能夠?qū)伨€印刷為微帶線或CPW饋線。輸入端口可以被配置為匹配所連接的設(shè)備的阻抗。N個(gè)分支的輸出線具有集成的開關(guān)以激發(fā)或禁止端口。開關(guān)可以是二極管或MEMS設(shè)備。能夠使用MTM漏波天線以在光束圖案之間成形、操控或切換，而非MTM天線和功率合成器/分離器的集合。圖26示出一個(gè)示例。能夠使用ZORTL建立漏波天線，ZORTL的一個(gè)末端連接到無線電收發(fā)器，同時(shí)通過與輸入/輸出端口相同的阻抗終止其他末端。輻射圖案的光束寬度依賴于TL的單元的數(shù)目。單元的數(shù)目越高，光束的寬度也越窄。與TL正交的方向相應(yīng)于ZOR頻率，同時(shí)向前和向后方向的光束分別相應(yīng)于RH和LH區(qū)域。由于天線需要在相同的頻率處操作同時(shí)生成不同的光束方向，因此在LH、RH和ZOR區(qū)域中，電容和電感器的值有所變化以使結(jié)構(gòu)在相同的頻率處諧振。能夠與漏波天線一起使用天線和功率合成器/分離器的集合。這通過將功率合成器/分離器的結(jié)構(gòu)用作為漏波天線來完成，同時(shí)，由于除了通過與主要端口相同的阻抗終止其他TL端口之外，它的設(shè)計(jì)與功率合成器/分離器相似。圖27進(jìn)一步it明4吏用N個(gè)MTM天線元件的天線系統(tǒng)，所述N個(gè)MTM天線元件被耦合到提供信號MIMO、SM、STBC、BF和BFN功能的模擬電路。在圖24-27的示例中，從CRLHMTM結(jié)構(gòu)做至少一個(gè)元件，以便處理通過非MTM結(jié)構(gòu)可能難于解決的技術(shù)問題或工程問題。當(dāng)由CRLHMTM結(jié)構(gòu)做天線或天線陣并且被耦合到天線或天線陣的RF電路元件也為CRLHMTM結(jié)構(gòu)時(shí)，兩種MTM結(jié)構(gòu)可以是不同的。MTM結(jié)構(gòu)能夠提供額外的設(shè)計(jì)靈活性和在設(shè)計(jì)各種RF分量、設(shè)備和系統(tǒng)方面的操作。使用一維和二維中的MTM概念，單個(gè)層和多個(gè)層可以被設(shè)計(jì)為遵照RF芯片封裝技術(shù)。第一方法為通過使用低溫共燒陶瓷(Low-TemperatureCo-firedCeramic,LTCC)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，影響系統(tǒng)級封裝(System-on-Package，SOP)概念。對通過使用高的電介質(zhì)常數(shù)s，例如s=7.8和損耗角正切為O.OOO4的Dupont(杜邦)951的LTCC制造，來設(shè)計(jì)多層MTM結(jié)構(gòu)。更高的s值導(dǎo)致進(jìn)一步尺寸小型化。從而，將在先前段落中提出的所有使用s=4.4的FR4基片的設(shè)計(jì)和示例通過調(diào)諧串聯(lián)和并聯(lián)電容器和電感器移植到LTCC,以便遵照LTCC的更高介電常數(shù)的基片。與LTCC基片的高介電常數(shù)相反，能夠被用來將印刷MTM的設(shè)計(jì)減小54到RF芯片的另一種技術(shù)為使用GaAs基片和薄的聚酰胺層的單片微波IC(MMIC)。在這兩種情況下，調(diào)諧在FR4或Roger基片上的原始MTM設(shè)計(jì)，以遵照LTCC和MMIC基片/層的介電常數(shù)和厚度。首字母組縮略詞<table>tableseeoriginaldocumentpage55</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage56</column></row><table>盡管本說明書含有許多細(xì)節(jié)，但是不應(yīng)該將這些細(xì)節(jié)解釋為對本發(fā)明或者權(quán)利要求的范疇上的限制，而更應(yīng)該解釋為對特定于本發(fā)明的特定實(shí)施例的特征的描述。本說明書中所描述的在分離的實(shí)施例的上下文中的某些特征也能夠通過單個(gè)實(shí)施例的組合實(shí)現(xiàn)。相反地，在單個(gè)實(shí)施例的上下文中所描述的各種特征還能夠通過多個(gè)實(shí)施例分離地或者通過任何合適的子組合來實(shí)現(xiàn)。而且，雖然這些特征可以被如上描述為以某些組合并且甚至如最初權(quán)利要求的那樣動(dòng)作，但是在某些情況下，能夠?qū)臋?quán)利要求的組合的一個(gè)或多個(gè)特征從組合去除，并且可以將權(quán)利要求的組合導(dǎo)向子組合或子組合的變形。只公開若干種實(shí)施方式。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，可以進(jìn)行變化和改進(jìn)。權(quán)利要求1、一種設(shè)備，包含多個(gè)天線元件，彼此間隔并被構(gòu)造為形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，每一天線元件的尺寸為與所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的十分之一，兩個(gè)相鄰的天線元件相互間隔所述波長的四分之一或更少。2、如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述天線元件被構(gòu)造為支持空間復(fù)用(SM)。3、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件被構(gòu)造為支持空時(shí)分組編碼(STBC)。4、如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述天線元件被構(gòu)造為提供波束形成。5、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件被構(gòu)造為提供波束形成和調(diào)零。6、如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包含基片，其中在所述基片上形成所述天線元件。7、如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述天線元件形成二維陣列。8、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的所述信號的波長中心位置的頻帶。9、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件被構(gòu)造為至少使兩種不同的波長諧振。10、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件被構(gòu)造為實(shí)行信號移相器，以便在信號中產(chǎn)生相移。11、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件被構(gòu)造為匹配在所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)的邊緣處的阻抗。12、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件為無線通信卡的部分，以便發(fā)送和接收信號。13、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件為手持式無線通信設(shè)備的部分，以便發(fā)送和接收信號。14、如權(quán)利要求l所述的設(shè)備，其中所述天線元件為膝上型計(jì)算機(jī)的部分，以便發(fā)送和接收信號。15、如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包含RF電路元件，被集成到所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)，其中所述RF電路元件為反饋網(wǎng)絡(luò)、放大器、濾波器、功率分離器或功率合成器其中之一。16、如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含CRLH異向材料結(jié)構(gòu)。17、如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包含定向耦合器，具有CRLH異向材料結(jié)構(gòu)，而將所述定向耦合器耦合到所述天線元件的至少一部分。18、一種設(shè)備，包含基片；天線，在所述基片上形成，并且包含被構(gòu)造為形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)的多個(gè)單位單元；和RF電路元件，形成于第二CRLH異向材料結(jié)構(gòu)中的所述基片上，并被耦合到所述天線。19、如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含濾波器。20、如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含功率分離器。21、如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含功率合成器。22、如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含定向耦合器。23、如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含匹配網(wǎng)路。24、如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述天線為多入多出天線陣。25、一種設(shè)備，包含基片；天線陣，在所述基片上形成，并包含多個(gè)天線元件，每一天線元件被構(gòu)造為包含多個(gè)單位單元，以便形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)；多個(gè)信號濾波器，在所述基片上形成，每一信號濾波器被耦合到所述天線陣的各自的天線元件的信號通路；多個(gè)信號放大器，在所述基片上形成，每一信號放大器被耦合到所述天線陣的各自的天線元件的信號通路；和模擬信號處理電路，在所述基片上形成，并被經(jīng)由所述多個(gè)信號濾波器和所述多個(gè)信號放大器耦合到所述天線陣，所述模擬信號處理電路可操作用于處理被導(dǎo)向所述天線陣的信號或從所述天線陣接收的信號。26、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述天線陣為多入多出天線陣。27、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，包含數(shù)模接口電路，被耦合到所述模擬信號處理電路，并將來自所述模擬信號處理電路的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且可操作用于將被導(dǎo)向所述模擬信號處理電路的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；和數(shù)字處理器，經(jīng)由所述數(shù)模接口電路與所述模擬信號處理電路通信，所述數(shù)字處理器包含信道控制機(jī)制，以便動(dòng)態(tài)地控制空間復(fù)用(SM)、波束形成(BF)、波束形成和調(diào)零(BFN)和空時(shí)分組編碼(STBC)其中之一。28、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中每一天線元件的尺寸為與所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的十分之一，并且兩個(gè)相鄰的天線元件彼此間隔所述波長的四分之一或更少。29、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中每一天線元件的尺寸為小于與所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的六分之一，并且兩個(gè)相鄰的天線元件彼此間隔所述波長的四分之一或更少。30、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述信號濾波器中的每一個(gè)包含第二CRLH金屬材料結(jié)構(gòu)。31、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述信號放大器中的每一個(gè)包含第二CRLH金屬材料結(jié)構(gòu)。32、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中每一天線元件的尺寸為所述設(shè)備中的信號的波長的六分之一。33、如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述天線元件為印刷在所述基片上的金屬層。34、一種設(shè)備，包含電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)上具有第二表面；多個(gè)導(dǎo)電膜片，在所述第一表面上形成并且彼此分離；接地導(dǎo)電層，在所述第二表面上形成；多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，在所述基片中形成以將所述導(dǎo)電膜片分別連接到所述接地導(dǎo)電層，以便形成每個(gè)都包含容積和各自的通路連接器的多個(gè)單位單元，所述容積在所述第一表面上具有各自的導(dǎo)電膜片，并且所述各自的通路連接器將各自的導(dǎo)電通路連接到所述接地導(dǎo)電層；和導(dǎo)電饋線，具有位于在所述導(dǎo)電膜片之中的一個(gè)導(dǎo)電膜片附近并被電耦合到該導(dǎo)電膜片的遠(yuǎn)端；其中，所述設(shè)備被構(gòu)造為從所述單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，并且號的波長的六分之一。35、如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，包含無線接入點(diǎn)或路由器，被耦合到所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)，通過所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)接收或發(fā)送無線信號。36、如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中每一單位單元的尺寸不大于所述波長的十分之一。37、如權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中所述接地導(dǎo)電層被制成在每一單位單元中具有小于各自的導(dǎo)電膜片的尺寸的尺寸。38、如權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被構(gòu)造為具有這樣帶寬的信號諧振，該帶寬為大于所述信號諧振的相應(yīng)頻率的1%。39、如權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備被構(gòu)造為具有這樣帶寬的信號諧振，該帶寬為大于所述信號諧^振的相應(yīng)頻率的4%。40、如權(quán)利要求37所述的設(shè)備，其中所述單位單元形成一維陣列，并且所述接地導(dǎo)電層被制成包括沿著所述一維陣列的帶狀線。41、如權(quán)利要求40所述的設(shè)備，包含終止電容器，在所述線性陣列的一個(gè)末端處的單位單元處形成，以便提供阻抗匹配條件。42、一種設(shè)備，包含電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)上具有第二表面；多個(gè)導(dǎo)電膜片，在所述第一表面上形成并且彼此分離；接地導(dǎo)電層，在所述第二表面上形成；多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，在所述基片中形成以將所述導(dǎo)電膜片分別連接到所述接地導(dǎo)電層，以便形成每一個(gè)都包含容積和各自的通路連接器的多個(gè)單位單元，所述容積在所述第一表面上具有相應(yīng)的導(dǎo)電膜片，并且所述各自的通路連接器將各自的導(dǎo)電通路連接到所述接地導(dǎo)電層，其中，所述設(shè)備被構(gòu)造為從所述單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向才才津+結(jié)構(gòu)，并且其中，所述接地導(dǎo)電層被制成在各自的導(dǎo)電膜片下方，具有小于各自的導(dǎo)電膜片的尺寸的尺寸。43、如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，包含無線接入點(diǎn)或路由器，被耦合到所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)，通過所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)發(fā)送或接收無線信號。44、如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，包含每一單位單元的尺寸不大于與所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的十分之一。45、如權(quán)利要求44所述的設(shè)備，其中每一單位單元的尺寸不大于與所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的四十分之一。46、如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，還包含RF電路，被耦合到所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)，并被構(gòu)造為在第二CRLH異向材料結(jié)構(gòu)中。47、如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所述接地導(dǎo)電層包含帶狀線，所述帶狀線被連接到所述單位單元的至少一部分的導(dǎo)電通路連接器，并且通過所述單位單元的所述部分的導(dǎo)電膜片下方，并且其中所述帶狀線具有小于每一單位單元的所述導(dǎo)電通路的尺寸的寬度。48、如權(quán)利要求42所述的設(shè)備，其中所述接地導(dǎo)電層包含公共接地導(dǎo)電區(qū)域；多個(gè)帶狀線，被連接到在所述帶狀線的第一遠(yuǎn)端處的所述公共接地導(dǎo)電區(qū)域，并且所述帶狀線的第二遠(yuǎn)端連接到所述單位單元的至少一部分的導(dǎo)電膜片下方的、所述單位單元的所述部分的導(dǎo)電通^^連"l妻器，并且其中，所述帶狀線的寬度小于每一單位單元的所述導(dǎo)電通路的尺寸。49、一種設(shè)備，包含電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)上具有第二表面；多個(gè)導(dǎo)電膜片，在所述第一表面上形成，并且彼此分離以形成二維陣列；導(dǎo)電饋線，在所述第一表面上形成，并被電耦合到所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)；接地導(dǎo)電層，在所述第二表面上形成；多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，在所述基片中形成以將所述導(dǎo)電膜片分別連接到所述接地導(dǎo)電層，以便在呈現(xiàn)空間各向異性的二維陣列中形成多個(gè)單位單元，而每一單位單元包含在所述第一表面上具有各自的導(dǎo)電膜片的容積，和將所述各自的導(dǎo)電通路連接到所述接地導(dǎo)電層的各自的通路連接器，其中，所述設(shè)備被構(gòu)造為從所述單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，并且其中，所述導(dǎo)電饋線被耦合到偏離所述二維陣列的對稱位置的單位單元，以在兩個(gè)不同的頻率處激發(fā)兩種^t式。50、一種設(shè)備，包含電介質(zhì)基片，在第一側(cè)上具有第一表面，并在與所述第一側(cè)相反的第二側(cè)上具有第二表面；多個(gè)導(dǎo)電膜片，在所述第一表面上形成，并彼此分離，以形成二維陣列；第一導(dǎo)電饋線，在所述第一表面上形成，并被電耦合到所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)，所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)為沿著沿第一方向的所述二維陣列的中心對稱線的；第二導(dǎo)電饋線，在所述第一表面上形成，并被電耦合到所述導(dǎo)電膜片中一個(gè)，而所述導(dǎo)電膜片中的一個(gè)為沿著沿第二方向的所述二維陣列的中心對稱線的；接地導(dǎo)電層，在所述第二表面上形成；和多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，在所述基片中形成以將所述導(dǎo)電膜片分別連接到所述接地導(dǎo)電層，以便在二維陣列上形成多個(gè)單位單元，而每一單位單元包含在所述第一表面上具有各自的導(dǎo)電膜片的容積，和將所述各自的導(dǎo)電通路連接到所述接地導(dǎo)電層的各自的通路連接器，其中，所述設(shè)備被構(gòu)造為從所述單位單元形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，并且其中，由所述單位單元形成的所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)為空間各向異性的，以便在兩個(gè)不同的頻率處支持兩種模式，所述兩種模式分別在所述第一饋線和第二饋線中。51、一種設(shè)備，包含異向材料天線，包含電介質(zhì)基片；公共導(dǎo)電層，在所述電介質(zhì)基片的一側(cè)上形成；導(dǎo)電襯墊陣列，在所述電介質(zhì)基片的另一側(cè)彼此間隔，并與所述電介質(zhì)基片接觸；和多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，分別將所述導(dǎo)電襯墊連接到所述公共的導(dǎo)電層，其中所述金屬材料天線被構(gòu)造為呈現(xiàn)在第一頻率處的、沿著所述異向材料天線的第一方向的第一諧振，和在不同的第二頻率處的、沿著所述異向材料天線的第二方向的第二諧振；第一導(dǎo)電饋線，被耦合到所述異向材料天線以引導(dǎo)在所述第一頻率處的信號；第二導(dǎo)電饋線，被耦合到所述異向材料天線以引導(dǎo)在所述第二頻率處的信號；和頻分雙工(FDD)電路，包含被連接到所述第一導(dǎo)電饋線以接收在所述第一頻率處的信號的接收器端口，并包含被連接到所述第二導(dǎo)電饋線以產(chǎn)生在所述第二頻率處的發(fā)送信號的發(fā)送端口，所述發(fā)送信號被導(dǎo)向用于發(fā)送的所述異向材料天線，其中，沒有被耦合于所述異向材料天線和所述FDD電路之間的分頻雙工器。52、如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，包含帶通濾波器，被耦合到所述第一導(dǎo)電饋線以發(fā)送在所述第一頻率處的信號，并拒絕在其他頻率處的信號。53、如權(quán)利要求51所述的設(shè)備，還包含被連接到所述第二導(dǎo)電饋線的帶通濾波器，以發(fā)送在所述第二頻率處的信號，并拒絕在其他頻率處的信號。54、一種無線收發(fā)器設(shè)備，包含如權(quán)利要求51中所述的天線。55、一種用于實(shí)現(xiàn)頻分雙工(FDD)的方法，包含提供異向材料天線，該天線包含電介質(zhì)基片；公共導(dǎo)電層，在所述電介質(zhì)基片的一側(cè)上形成；導(dǎo)電襯墊的二維陣列，在所述電介質(zhì)基片的另一側(cè)上彼此間隔，并與所述電介質(zhì)基片接觸；和多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，分別將所述導(dǎo)電襯墊連接到所述公共的導(dǎo)電層；所述金屬材料天線被配置為呈現(xiàn)在第一頻率處的、沿著所述異向材料天線的第一方向的第一諧振，和在不同的第二頻率處的、沿著所述異向材料天線的第二方向的第二諧振；將第一導(dǎo)電饋線連接到所述異向材料天線，以將在所述第一頻率處的由所述異向材料天線接收到的信號引導(dǎo)到FDD電路以便作為要由所述FDD電路處理的接收信號，而無需使用分頻雙工器來分離在所述第一和所述第二頻率處的信號；以及將第二導(dǎo)電饋線連接到所述異向材料天線，以將來自所述FDD電路的在所述第二頻率處的信號引導(dǎo)到所述異向材料天線用于通過所述異向材料天線進(jìn)行發(fā)送，而無需使用分頻雙工器來分離在所述第一和所述第二頻率處的信號。56、如權(quán)利要求55所述的方法，包含將在所述第一和所述第二導(dǎo)電饋線中的每一條內(nèi)的信號的頻率濾波。57、一種方法，包含提供復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含多個(gè)單位單元，在電介質(zhì)基片上由所述基片的一側(cè)形成的多個(gè)分離的導(dǎo)電膜片形成；接地導(dǎo)電層，在所述基片的另一側(cè)上形成；和多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，在所述基片中形成以將所述導(dǎo)電膜片分別連接到接地導(dǎo)電層；以及將導(dǎo)電饋線耦合到所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)以激發(fā)右手TEM模式和左手TEM模式的混合TE模式，以便在每一TE模式中獲得比在所述TEM模式中的每一種模式中的帶寬更寬的帶寬。58、如權(quán)利要求57所述的方法，包含^^所述單位單元形成二維陣列；以及將偏移^t送應(yīng)用到所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)，以在不同的頻率處，沿著所述二維陣列的兩個(gè)方向激發(fā)兩種不同的諧振模式。59、如權(quán)利要求58所述的方法，包含使用沿著所述二維陣列的第一方向的第一導(dǎo)電饋線，以耦合在所述兩種不同的諧振模式中的一種處的第一信號；以及使用沿著所述二維陣列的第二方向的第二導(dǎo)電饋線，以耦合在所述兩種不同的諧振模式中的另一種處的第二信號。60、一種設(shè)備，包含天線陣；RF電路元件，被電耦合到所述天線陣；和模擬RF電路，-故耦合到所述RF電^各元件，其中，所述RF電路元件包含復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)。61、如權(quán)利要求60所述的設(shè)備，其中所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)包含多個(gè)單位單元，在電介質(zhì)基片上由所述基片的一側(cè)形成的多個(gè)分離的導(dǎo)電膜片形成；接地導(dǎo)電層，在所述基片的另一側(cè)上形成；和多個(gè)導(dǎo)電通路連接器，在所述基片中形成以將所述導(dǎo)電膜片分別連接到所述接地導(dǎo)電層。62、如權(quán)利要求60所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含功率合成器。63、如權(quán)利要求60所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含匹配網(wǎng)絡(luò)。64、如權(quán)利要求60所述的設(shè)備，其中所述RF電路元件包含功率合成器。65、一種設(shè)備，包含RF收發(fā)模塊，發(fā)送并接收RF信號，其中所述RF收發(fā)模塊包含天線陣，其包含彼此間隔并被構(gòu)造為形成復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)的多個(gè)天線元件，每一天線元件的尺寸為大于與所述CRLH異向材料結(jié)構(gòu)諧振的信號的波長的十分之一，兩個(gè)相鄰的天線元件相互間隔等于或大于所述波長的六分之一的間距。66、如權(quán)利要求65所述的設(shè)備，其中所述RF收發(fā)模塊為無線接入點(diǎn)或基站。全文摘要提供了在處理和操縱電磁波信號中使用一個(gè)或更多復(fù)合左右手(CRLH)異向材料結(jié)構(gòu)的技術(shù)、裝置和系統(tǒng)。能夠基于CRLH異向材料結(jié)構(gòu)來形成天線、天線陣和其他RF設(shè)備。能夠?qū)⑺枋龅腃RLH異向材料結(jié)構(gòu)用于無線通信RF前端和天線子系統(tǒng)中。文檔編號H01Q1/38GK101501927SQ200780024716公開日2009年8月5日申請日期2007年4月27日優(yōu)先權(quán)日2006年4月27日發(fā)明者弗蘭茲·伯克納,阿杰伊·格默勒,馬哈·阿喬爾,馬林·斯托伊特切夫申請人:雷斯潘公司