專利名稱：一種超材料射頻天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射頻天線,尤其涉及一種超材料射頻天線。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有通訊系統(tǒng)中的天線主要為偶極子天線和PIFA天線，此類天線尺寸、帶寬、增益等重要指標(biāo)受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益極限、帶寬極限等)。這些指標(biāo)極限的基本物理原理使得天線的小型化技術(shù)難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其它器件，而由于射頻器件的電磁場(chǎng)分析的復(fù)雜性，逼近這些極限值都成為了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。因此當(dāng)在設(shè)計(jì)中遇到天線使用空間小、工作頻率低、工作在多模問(wèn)題時(shí)，其就顯得力不從心。為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)的解決方案一般是通過(guò)在天線外部額外設(shè)置匹配線路來(lái)實(shí)現(xiàn)多模的輻射要求。在天饋系統(tǒng)中加入匹配網(wǎng)絡(luò)后，功能上是可實(shí)現(xiàn)低頻、多模的工作 要求，但是由于非常大的一部分能量損失在匹配網(wǎng)絡(luò)上，其輻射效率將極大的降低?，F(xiàn)有的超材料小天線，如公開號(hào)為CN201490337的中國(guó)專利，在設(shè)計(jì)中集成了新型人工電磁材料，因此其輻射具有非常豐富的色散特性，可以形成多種輻射模式，即可免去繁瑣的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，這種豐富的色散特性為多頻點(diǎn)的阻抗匹配帶來(lái)了極大的便利。盡管如此現(xiàn)有的超材料小天線在面對(duì)現(xiàn)有終端設(shè)備小體積、低工作頻率、寬帶多模等問(wèn)題時(shí)，設(shè)計(jì)的過(guò)程中也受到了極大的制約。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出進(jìn)一步縮短天線尺寸并在低工作頻段工作良好的超材料射頻天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，提出一種超材料射頻天線，其包括附著有人造金屬微結(jié)構(gòu)的第一介質(zhì)基板、與該人造金屬微結(jié)構(gòu)耦合的饋線、覆蓋于該第一介質(zhì)基板上面的第二介質(zhì)基板。該人造金屬微結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)以及互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種。該第一介質(zhì)基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。該第二介質(zhì)基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。該饋線圍繞該人造金屬微結(jié)構(gòu)設(shè)置且通過(guò)金屬短接點(diǎn)與該人造金屬微結(jié)構(gòu)形成感性耦合。該饋線圍繞該人造金屬微結(jié)構(gòu)設(shè)置且不與該人造金屬微結(jié)構(gòu)接觸而形成容性耦
口 O本發(fā)明通過(guò)在第一介質(zhì)基板上覆蓋第二介質(zhì)基板，兩塊介質(zhì)基板之間形成耦合電容使得天線工作在低頻時(shí)無(wú)需增長(zhǎng)饋線長(zhǎng)度，減小了天線的體積。


圖I為本發(fā)明超材料射頻天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式超材料是由具有一定圖案形狀的人造金屬微結(jié)構(gòu)按照特定方式周期排列于基材上而構(gòu)成。人造金屬微結(jié)構(gòu)不同的圖案形狀和排列方式使得超材料具有不同的介電常數(shù)和不同的磁導(dǎo)率從而使得超材料具有不同的電磁響應(yīng)。其中，當(dāng)該人造金屬微結(jié)構(gòu)處于諧振頻段時(shí)，該人造金屬微結(jié)構(gòu)將表現(xiàn)出高度的色散特性，所謂高度的色散特性是指該人造金屬微結(jié)構(gòu)的阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會(huì)發(fā)生劇烈的變化。本發(fā)明利用超材料的上述原理，設(shè)計(jì)一種超材料射頻天線。其將人造金屬微結(jié)構(gòu)附著于第一介質(zhì)基板上并利用人造金屬微結(jié)構(gòu)的高度色散特性使得天線具有豐富的輻射特性從而省去了阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)天線小型化；另外，本發(fā)明還在天線結(jié)構(gòu)中加入第二介質(zhì)基板，第二介質(zhì)基板覆蓋于第一介質(zhì)基板上使得天線的分布電容增大。如圖I所示，圖I為本發(fā)明超材料射頻天線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖I中,超材料射頻天 線包括附著有人造金屬微結(jié)構(gòu)40的第一介質(zhì)基板30、與第一介質(zhì)基板30連接的饋線10以及覆蓋于第一介質(zhì)基板30上的第二介質(zhì)基板20。人造金屬微結(jié)構(gòu)40可以是互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種以及通過(guò)前面幾種結(jié)構(gòu)衍生、復(fù)合、組合或組陣得到的金屬微結(jié)構(gòu)。上面的幾種微結(jié)構(gòu)具體可參考專利號(hào)為CN201490337的中國(guó)專利申請(qǐng)。饋線10通過(guò)可短接點(diǎn)50與人造金屬微結(jié)構(gòu)40連接從而與人造金屬微結(jié)構(gòu)40形成感性耦合以對(duì)其進(jìn)行饋電。可短接點(diǎn)50的位置可以是任意位置。另外饋線10對(duì)人造金屬微結(jié)構(gòu)40饋電的方式還可以是容性耦合饋電方式，即饋線10圍繞人造金屬微結(jié)構(gòu)40設(shè)置而不與人造金屬微結(jié)構(gòu)40接觸。第二介質(zhì)基板20覆蓋于第一介質(zhì)基板30的方式為多樣的，可采用貼附、吸附或者壓制等方式。由天線射頻原理可知，電長(zhǎng)度是描述電磁波波形變化頻繁程度的物理量，電長(zhǎng)度=物理長(zhǎng)度/波長(zhǎng)。當(dāng)天線工作于低頻時(shí)，低頻對(duì)應(yīng)的電磁波波長(zhǎng)較長(zhǎng)，在需要保持電長(zhǎng)度不變的前提下，增長(zhǎng)物理長(zhǎng)度就是必要的選擇。然而增大物理長(zhǎng)度必然不能滿足天線小型化的要求。本發(fā)明在第一介質(zhì)基板30上覆蓋設(shè)置有第二介質(zhì)基板20，當(dāng)天線在接收或者發(fā)射電磁波時(shí)，電磁波均需要通過(guò)第二介質(zhì)基板20才能被發(fā)射或者被接收從而使得天線整
體的分布電容增大。根據(jù)公式可知，增大分布電容能有效降低天線工作頻率使得在
不增加物理長(zhǎng)度的前提下就可保持電長(zhǎng)度不變。并且通過(guò)改變第二介質(zhì)基板20與第一介質(zhì)基板30的材質(zhì)即可改變天線整體的分布電容從而針對(duì)不同的頻率均可達(dá)到在不改變物理長(zhǎng)度的前提下改變電長(zhǎng)度的目的，這樣就可以在極小的空間內(nèi)設(shè)計(jì)出工作在極低工作頻率下的射頻天線。本發(fā)明的第一介質(zhì)基板的材質(zhì)可選用陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料；其中高分子材料優(yōu)選聚四氟乙烯、F4B或FR4。本發(fā)明的第二介質(zhì)基板的材質(zhì)可選用陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料；其中高分子材料優(yōu)選聚四氟乙烯、F4B 或 FR4。在本發(fā)明中，關(guān)于天線的加工制造，只要滿足本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理，可以采用各種制造方式。最普通的方法是使用各類印刷電路板(PCB)的制造方法，金屬化的通孔，雙面覆銅的PCB制造均可滿足本發(fā)明的加工要求。除此加工方式，還可以根據(jù)實(shí)際的需要引入其它加工手段，比如RFID (RFID是Radio Frequency Identif ication的縮寫，即射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽)中所使用的導(dǎo)電銀漿油墨加工方式、各類可形變器件的柔性PCB加工、鐵片天線的加工方式以及鐵片與PCB組合的加工方式。其中，鐵片與PCB組合加工方式是指利用PCB的精確加工來(lái)完成芯片微結(jié)構(gòu)部分的加工，用鐵片來(lái)完成其它輔助部分。
上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超材料射頻天線，其特征在于包括附著有人造金屬微結(jié)構(gòu)的第一介質(zhì)基板、與該人造金屬微結(jié)構(gòu)耦合的饋線、覆蓋于該第一介質(zhì)基板上的第二介質(zhì)基板。
2.如權(quán)利要求I所述的超材料射頻天線，其特征在于該人造金屬微結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)以及互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)中的一種。
3.如權(quán)利要求I所述的超材料射頻天線,其特征在于該第一介質(zhì)基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
4.如權(quán)利要求I所述的超材料射頻天線，其特征在于該第二介質(zhì)基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
5.如權(quán)利要求I所述的超材料射頻天線，其特征在于該饋線圍繞該人造金屬微結(jié)構(gòu)設(shè)置且通過(guò)可短接點(diǎn)與該人造金屬微結(jié)構(gòu)形成感性耦合。
6.如權(quán)利要求I所述的超材料射頻天線，其特征在于該饋線圍繞該人造金屬微結(jié)構(gòu)設(shè)置且不與該人造金屬微結(jié)構(gòu)接觸而形成容性耦合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超材料射頻天線，其包括附著有多個(gè)人造金屬微結(jié)構(gòu)的第一介質(zhì)基板、與該第一介質(zhì)基板連接的饋線、覆蓋于該第一介質(zhì)基板上的第二介質(zhì)基板。天線在接收或者發(fā)射電磁波時(shí)均需要通過(guò)該第二介質(zhì)基板使得天線整體的分布電容增大，根據(jù)公式可知，增大分布電容能有效降低天線工作頻率，因此可在不改變饋線長(zhǎng)度的情況下使得天線在低頻時(shí)仍然工作良好，滿足天線小體積、低工作頻率及寬帶多模的要求。
文檔編號(hào)H01Q9/04GK102904021SQ20111008222
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄, 張洋洋, 李岳峰 申請(qǐng)人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司