專利名稱：可重構電磁天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明處于可重構(reconfigurable )電；茲天線領i或。
背景技術：
在受到多干擾和信號衰減現(xiàn)象制約的射頻信號傳播環(huán)境中，無線和移動 應用的增殖(proliferation)需要在尤其對這些終端的復雜性、大小、重量、 自治性(autonomy)乃至成本具有最小影響的情況下的、終端的大量適應。
用于這些終端的可重構電磁天線的發(fā)展希望克服這些制約。
存在幾種類型的可重構天線。例如，存在可以在頻率上重構的天線、可 以在極化上重構的天線、乃至可以在輻射圖(radiationpattern)上重構的天線。
可以在頻率上重構的天線可以對其輻射頻率進行適應，并且掃描(sweep)
寬的頻譜。這種天線使得尤其可能在同一個終端上接收每個都滿足不同標準 的幾個信號。
可以在極化上重構的天線可以修改其極化狀態(tài)(水平、垂直、圓、乃至 橢圓)，以使得所接收或所傳送的信號功率最大化。
可以在輻射圖上重構的天線可以修改其輻射圖，以使其方向性適應于傳 播環(huán)境，例如以便限制干擾現(xiàn)象。
在本領域的當前狀態(tài)中，具體地假定終端的大小制約，則無法通過天線 或其組成元件的機械或物理變形來獲得天線的重構。
當前，可以通過對組成天線的某些導電元件(輻射元件、電介質、接地 層(ground plane ))進行開關來獲得該天線的重構。
還可以通過使得連接到天線某些點的阻抗變化來獲得天線的重構。
這兩種重構模式存在缺點。
在其中開關天線的元件的情況下，獲得了將要使其演進的屬性(頻率、 極化、輻射圖)的不連續(xù)變化。
在其中使得連接到天線某些點的阻抗變化的情況下，雖然獲得了頻率或 輻射圖的連續(xù)變化，但是其受限于所使用的阻抗的變化范圍。此外，用于重構的裝置(開關和阻抗)存在影響天線有效性的固有損耗。
專利申請美國2004/0252069提出了一種具有可以變化特性的動態(tài)可重構 天線。
該天線的輻射元件包括在空腔(cavity)中包含的導電流體(fluid )。該 天線還包括使得可能選擇性地向該空腔添加或從其移除流體的流體控制系 統(tǒng)，這使得輻射元件的大小變化。
因此，存在對于一種不存在已知重構技術的上述缺點的、重構電磁天線 的技術的真實需求。

發(fā)明內容
因而，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種可重構電磁天線，其包括由導 電的流體物質組成的輻射元件，該流體物質的體(volume)是可變的，并且 其還包括電極矩陣，在所述電極矩陣上該流體物質通過電潤濕 (electro-wetting)來移動。
本發(fā)明4吏得可能利用體可變化的輻射元件來生產天線。
這些變化使得可能引起天線屬性動態(tài)演進、并且獲得頻率上、極化上、 乃至輻射圖上的所期望的天線屬性。頻率上、極化上或輻射圖上的天線重構 是連續(xù)的和可逆的。
在電極矩陣的各電極之間施加電壓使得可能以連續(xù)的方式來驅動與電極 矩陣接觸的流體物質的移動和形變。
電潤濕現(xiàn)象還允許所有維度中的流體物質的形變。
根據(jù)一優(yōu)選特性，該流體物質采用至少 一個液滴的形式。
由于該流體物質由液滴構成，所以易于使得構成天線的輻射元件的流體 物質的體和形式變化。
根據(jù)一優(yōu)選特性，根據(jù)本發(fā)明的天線包括包含流體物質并且能夠釋放 或收回(recover)流體物質的一部分的貯存器。
由于貯存器的存在，所以非常易于引起存在于電極矩陣上的流體物質的 體變化，并結果引起天線的輻射元件的體、大小和形式變化。
根據(jù)一優(yōu)選特性，沿著電極的溝道，通過電潤濕來從貯存器向電極矩陣 或反向地移動流體物質的 一部分。
通過流體物質的電潤濕而進行的該移動是連續(xù)的和可逆的，因而導致構成天線的輻射元件的流體物質的連續(xù)的和可逆的形變。頻率上、極化上或輻 射圖上的天線重構是連續(xù)的和可逆的。
根據(jù)一優(yōu)選特性，根據(jù)本發(fā)明的天線還包括使電極矩陣的電極和流體 物質電絕緣的電介質。
電介質的存在使得可能使電極矩陣的電極和流體物質電絕緣，并因而在 電極和流體物質之間創(chuàng)建了電勢差。
根據(jù)一優(yōu)選特性，該天線包括與該流體物質接觸的射頻端口。 與構成天線的輻射元件的該流體物質接觸的射頻端口使得可能致使天線 的輻射元件有源。
根據(jù)一優(yōu)選特性，該射頻端口是差分端口。
差分射頻端口的使用使得可能生產偶極或回路類型的天線結構。
根據(jù)一優(yōu)選特性，根據(jù)本發(fā)明的天線包括接地層。
該接地層使得可能生產需要該類型元件的天線結構，例如，微帶(patch) 天線乃至PIFA (代表了平面倒F天線)類型天線。
根據(jù)一優(yōu)選特性，根據(jù)本發(fā)明的天線還包括將該接地層鏈接到該流體 物質的至少 一個短路元件。
該短路元件使得可能增加天線配置的可能數(shù)目。
根據(jù)一優(yōu)選特性，根據(jù)本發(fā)明的天線包括封入天線的不同組成元件的 封殼(capsule )。
封殼的存在便于將天線集成到任何類型的裝置中。 本發(fā)明還涉及一種合并如前所述的天線的終端。
本發(fā)明還涉及一種用于制造可重構電,茲天線的方法，該可重構電石茲天線 包括由導電的流體物質組成的輻射元件，該流體物質的體是可變的。該方法 包括用于插入電極矩陣的步驟，在所述電極矩陣上通過電潤濕來移動該流體物質。


通過閱讀參考附圖描述的、根據(jù)本發(fā)明的天線的所有優(yōu)選實施例，本發(fā) 明的其他特征和益處將變得明顯，其中
圖1表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的天線的透視圖，
圖2表現(xiàn)了沿著根據(jù)圖1的實施例的天線的縱軸的剖視圖，圖3表現(xiàn)了沿著根據(jù)圖1的本發(fā)明實施例的天線的變形(variant)的縱 軸的剖視圖，
圖4表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的天線的透視圖，
圖5是圖4的實施例的示意表現(xiàn)的俯視圖，
圖6表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的天線的變形的透視圖，
圖7表現(xiàn)了基于圖6的圖示的天線的變形，
圖8表現(xiàn)了封裝后的圖6所圖示的天線的剖面圖。
具體實施例方式
圖1表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的天線的透視圖。 根據(jù)本發(fā)明的可重構電磁天線包括導電的流體物質F。 流體物質F釆用 一個或多個液滴的形式。
該天線還包括使得可能傳送和接收射頻信號的射頻端口 RF。 RF端口是 與流體物質的至少 一個液滴接觸的導電元件。
與射頻端口 RF接觸的流體物質F的部分對應于天線的有源輻射元件。 與射頻端口接觸的流體物質F的該部分由流體物質F的至少一個液滴組成。 當由許多液滴構成輻射元件時，不需要所有的液滴與射頻端口 RF接觸。使 一個液滴與射頻端口 RF接觸并且使其他液滴彼此4妻觸并與同射頻端口 RF接 觸的液滴接觸就足夠了。
可以使流體物質F的一個或多個液滴絕緣，并且所述流體物質F的一個 或多個液滴對應于天線的無源元件。
為了說明本發(fā)明，以下在說明書中，以許多液滴的形式來提出與天線的 輻射元件對應的流體物質F。不應認為該說明是對本發(fā)明進行限定。
來使流體物質F導電。這些粒子或碎片可以是碳納米管或其他導電細絲。 該天線還包括包含電極E的電極矩陣M。
通過使電極E和液滴電絕緣的第 一襯底或電介質D,來覆蓋電極矩陣M。 電介質D,可以包括一層或多層不同材料。與電極接觸的層由呈現(xiàn)了例如
PTFE的低表面張力的疏水(hydrophobic )材料構成。
RF端口是穿過電^i矩陣M、電介質D,以與流體物質F的至少一個液滴
接觸的導電元件。圖2表現(xiàn)了沿著根據(jù)本發(fā)明第一實施例的天線的縱軸的剖視圖。 該圖示出了流體物質F的三個液滴。通過電介質D,來分離流體物質F 與電極矩陣M。 RF端口穿過電極矩陣M、電介質D"并且與流體物質F的
液滴接觸。
圖3表現(xiàn)了沿著根據(jù)本發(fā)明第 一 實施例的天線的變形的縱軸的剖視圖。 在該變形中，射頻端口是差分端口。差分射頻端口由穿過電極矩陣M、
電介質D,并且各自與流體物質F的至少一個液滴接觸的兩個導電元件RF,
和RF2組成。
然后，向天線差分地傳送射頻信號。該變形使得可能生產例如偶極或回 路類型的天線。
根據(jù)上文中描述的本發(fā)明第一實施例構成的天線如下運行。
通過"電潤濕"，即通過在電極E之間施加電勢差(圖1中未表現(xiàn)的裝
置)，來在電極矩陣M上移動流體物質F的液滴。也可以在液滴和電極E之
間創(chuàng)建電勢差。
取決于所做出的移動，流體物質F的可變體可與射頻端口 RP接觸。使 導電流體物質F的一部分或全部與RF端口接觸使得天線可能接收射頻信號。
與射頻端口 RF接觸的、由至少一個液滴形成的流體物質F的部分對應 于天線的輻射有源元件。
因而，有利地，利用可以在體上和形式上變化的輻射有源元件來生產天線。
與電介質D,接觸的導電流體物質F的體的表面可以變化。與電介質D, 接觸的該表面的形式也可以變化。導電流體物質F的體的表面的每個點與電 介質Di之間的接觸角也可以變化。
這些變化使得可能引起天線屬性動態(tài)演進、并且獲得頻率上、極化上、 乃至輻射圖上的所期望的天線屬性。頻率上、極化上或輻射圖上的天線重構 是連續(xù)的和可逆的。
因而，在適當?shù)匦薷挠糜谛纬奢椛溆性丛囊旱螖?shù)目的情況下，通過 流體物質F的液滴的重組來獲得天線屬性的演進。
流體物質F的沒有與端口 RF接觸的部分充當無源元件，并且使得可能 修改天線屬性(具體地，頻率上和輻射圖上的天線屬性)。
圖4表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的天線的透視圖。在該第二實施例中，天線包括包含了流體物質F'的貯存器R。 貯存器R能夠釋放意圖在于由電極E'組成的電極矩陣M'的一部分(特
別地，采用液滴形式的)流體物質F'。通過電介質D、來分離流體物質F'與
電才及矩陣M'。
貝i存器R還可以收回源自電極矩陣M'的流體物質F'的(具體地，采用液 滴形式的) 一部分。
沿著電極的溝道C,通過電潤濕來從貯存器R向電極矩陣M'或者相反地 從電極矩陣M'向l&存器R移動流體物質F'的液滴。電極的溝道C將貯存器R 鏈接到電極矩陣M'。
端口 R'F'穿過電極矩陣M'、電介質D、，并且與流體物質F'的至少一個 液滴4妄觸。
貯存器R使得可能根據(jù)需要(且更具體地，根據(jù)天線屬性的所期望的改 變)來釋》丈或收回流體物質F的液滴。
由于貯存器的存在，所以非常容易來引起存在于電極矩陣M'上的導電流 體物質F'的體變化，并因此引起天線的輻射有源元件的體和形式變化。
由于可能收回不用于形成天線的輻射有源元件的液滴，所以天線的輻射 有源元件可能不包括任何無源元件。
圖5是根據(jù)以上所描述的第二實施例的本發(fā)明的示意表現(xiàn)的俯視圖。
觀察通過電極的溝道C而鏈接到電極矩陣M'的貯存器R,電極矩陣M' 和電極的溝道C包括一組電極E'。射頻端口 RT'出現(xiàn)在電極矩陣M'的表面。
圖6表現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的天線的變形的透視圖。
圖示該變形用于于本發(fā)明第二實施例，而且該變形還應用于本發(fā)明的第 一實施例。
根據(jù)該變形，天線還包括接地層P。 接地層P是位于電極矩陣M'下面的導電層。
通過第二襯底或電介質D'2來將電極矩陣M'與接地層P電絕緣。通過電 介質D',來分開流體物質F'與電極矩陣M'。
端口 R'F'在與流體物質F'的液滴接觸之前，穿過接地層P、電介質D'2、 電才及矩陣M'、電介質D、。
圖6還示出了根據(jù)用于圖示本發(fā)明該變形的所選方法的貯存器R和電極 的溝道C。接地層使得可能例如獲得微帶天線或PIFA (代表了平面倒F天線)類型 天線。
圖7表現(xiàn)了基于先前所描述的變形的根據(jù)本發(fā)明的天線的另 一變形。 根據(jù)該另 一變形，天線包括短路元件CC。
這些短路元件CC是導電元件，其連接到接地層P并且穿過電介質D'，
和D'2，以侵j妻觸流體物質F'。
在優(yōu)選實施例中，短路元件CC不與電極矩陣M'的電極E'接觸。
圖7還示出了根據(jù)用于圖示本發(fā)明該變形的所選方法的貯存器R和電極
的溝道C。
在其中導電流體物質F'與端口 R'F'和短路元件CC之一兩者接觸時，可 能獲得例如其屬性不同于微帶類型天線的PIFA類型天線。
短路元件CC的數(shù)目和定位可以是可變的。根據(jù)變形，這些短路元件CC 的至少一個鏈接到電偶極(阻抗、開關、可變電壓電容器等)，使得可能修改 天線屬性。
圖8表現(xiàn)了根據(jù)在前的封裝后的變形之一的天線的剖面圖。 該變形圖示用于本發(fā)明的第一實施例，而且該變形還應用于本發(fā)明的第 二實施例。
為了能夠將根據(jù)本發(fā)明的天線合并到裝置中，將其封入到封殼S中。 將天線的不同組成元件(例如，接地層P、射頻端口RF、電極矩陣M、 電介質D,和D2以及流體物質F)封入到由剛性或半剛性材料組成的封殼P 中。封殼P的層面L之一平行于電極矩陣M的表面，并且與流體物質F的液
滴4妄觸。
沒有被流體物質F占用的空間G可以由空氣、氣體、乃至另一不導電流 體物質構成。
本發(fā)明還涉及無線電通信終端或能夠接收根據(jù)本發(fā)明的天線的任何通信 對象。
本發(fā)明還涉及一種用于制造可重構電磁天線的方法，該可重構電磁天線 包括由導電的流體物質(F、 F)組成的輻射元件，該流體物質(F、 F)的體 是可變的。該方法包括用于插入電極矩陣(M、 M')的步驟，在所述電極矩 陣(M、 M')上通過電潤濕來移動該流體物質(F、 F')。
權利要求
1.一種可重構電磁天線，包括由導電的流體物質(F、F′)組成的輻射元件，該流體物質(F、F′)的體是可變的，其特征在于，其還包括電極矩陣(M、M′)，在所述電極矩陣(M、M′)上通過電潤濕來移動該流體物質(F、F′)。
2. 根據(jù)權利要求1的天線，其特征在于，所述流體物質(F、 F')采用 至少一個液滴的形式。
3. 根據(jù)權利要求1或2的天線，其特征在于，其包括貯存器(R)，該 貯存器(R)包含流體物質(F)并且能夠釋放或收回流體物質(F')的一部 分。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項的天線，其特征在于，沿著電極的溝道 (C)，通過電潤濕來從貯存器(R)向電極矩陣(M')或反向地移動流體物質(F')的一部分。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項的天線，其特征在于，它還包括使電 極矩陣(M、 M')的電極(E、 E')和流體物質(F、 F)電絕緣的電介質(Dp D、)。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項的天線，其特征在于，它包括與所述 流體物質(F、 F')接觸的射頻端口 (RF、 R'F')。
7. 根據(jù)權利要求6中的天線，其特征在于，所述射頻端口 (RF、 R'F') 是差分端口。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任一項的天線，其特征在于，它還包括接地 層(P)。
9. 根據(jù)權利要求8的天線，其特征在于，它還包括將接地層(P)鏈接 到流體物質(F、 F')的至少一個短路元件(CC)。
10. 根據(jù)權利要求1至9中任一項的天線，其特征在于，它還包括封入 天線的不同組成元件的封殼(S)。
11. 一種無線電通信終端，包括根據(jù)權利要求1至10中任一項的天線。
12. —種用于制造可重構電^ 茲天線的方法，所述可重構電^f茲天線包括由 導電的流體物質(F、 F')組成的輻射元件，所述流體物質(F、 F')的體是可 變的，其特征在于，所述方法包括用于插入電極矩陣(M、 M')的步驟，在 所述電極矩陣(M、 M')上通過電潤濕來移動所述流體物質(F、 F')。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可重構電磁天線，其包括由導電的流體物質組成的輻射元件，該流體物質的體是可變的，并且其還包括電極矩陣，在所述電極矩陣上通過電潤濕來移動該流體物質。頻率、極化乃至輻射圖上的天線屬性動態(tài)演進。頻率上、極化上或輻射圖上的天線重構是連續(xù)的和可逆的。
文檔編號H01Q1/00GK101615714SQ20091015182
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月29日 優(yōu)先權日2008年6月27日
發(fā)明者伊曼紐爾·德雷納, 米歇爾·龐斯, 馬克·貝倫古爾 申請人:法國電信公司