專利名稱：一種天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，更具體地說，涉及ー種能夠調(diào)整電磁波輻射方向的天線。
背景技術(shù)：
隨著近年來無線寬帶移動通信的快速發(fā)展，為了避免系統(tǒng)升級過快造成的設(shè)備閑置，同時也為了更好的應(yīng)用新的技木，出現(xiàn)了無線通信設(shè)備的2G/3G或3G/4G的雙模組合，如GSM/TD-SCDMA、TD-SCDMA/LTE。不同模式之間的切換需要使用不同的天線，從而使得移動設(shè)備的安裝、設(shè)計等時間被明顯拖延，成本也明顯增加。通常，天線ー經(jīng)安裝固定，其電磁波輻射方向也即確定。如果需要改變電磁波的輻射方向，通常通過機械方法來調(diào)整天線的固定位置。這種機械調(diào)整方法不但增加了安裝和維護成本，還有可能在調(diào)整過程中對天線造成無法預(yù)料的損壞，影響天線的工作性能，另夕卜，每當有改變輻射方向的需求時，都要重新調(diào)整天線的方向，不夠靈活且偏折的角度也有 一定限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在干，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述調(diào)整成本高、靈活性差以及調(diào)整角度受限的缺陷，提供ー種能夠調(diào)整電磁波輻射方向的天線。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造ー種天線，包括天線單元，還包括具有偏折功能的超材料面板，用于使入射的電磁波偏折，所述超材料面板相對設(shè)置于所述天線單元的電磁波傳播方向上。實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果通過在天線單元的電磁波傳播方向上設(shè)置具有偏折功能的超材料面板，使得入射的電磁波發(fā)生偏折。采用此方案，無需調(diào)整天線的位置即可實現(xiàn)電磁波輻射方向的調(diào)整，免去了天線的安裝和維護成本，也不存在因天線位置的改變帶來的天線性能的下降。而且，可通過設(shè)計不同排布的超材料面板，來得到不同的偏折角度，調(diào)整比較靈活而且偏折角度不受限制。
下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進ー步說明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所示的超材料面板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示實施例使電磁波傳播方向偏折的示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的超材料面板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是入射電磁波通過超材料面板后的偏折示意圖；圖7是旋轉(zhuǎn)超材料面板后的偏折示意圖。
具體實施例方式圖I是依據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的天線100結(jié)構(gòu)示意圖。天線100包括天線單元101，還包括具有偏折功能的超材料面板102，超材料面板102相對設(shè)置于天線單元101的電磁波傳播方向d上(如圖I中的箭頭所示)。其中，超材料面板102的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。由圖2知，超材料面板102由至少一個超材料片層構(gòu)成，當超材料片層有多個時，其沿垂直于片層表面的方向堆疊并通過一定的組裝或連接方式構(gòu)成一個立體的整體。如圖2所示，每個片層包括片狀的基材2和附著在所述基材2上的多個人造微結(jié)構(gòu)3?；挠商沾?、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。片狀的基材2具有前、后兩個相互平行的表面，使得基材2為一個等厚的片體。在任一平行于片狀基材2前表面的平面上，設(shè)置兩個相互垂直的方向，其中一個為第一方向X，另一個為第二方向Y，則垂直于基材2表面的方向也即超材料片層I堆疊的方向為第三方向Z。
基材2上附著有人造微結(jié)構(gòu)3，包括有兩種情況一種是人造微結(jié)構(gòu)3為平面結(jié)構(gòu)，其附著在基材2前表面上；另一種是人造微結(jié)構(gòu)3為三維立體結(jié)構(gòu)，其附著在片狀基材2內(nèi)部。每個人造微結(jié)構(gòu)3通常是由銀、銅等金屬絲線組成的，也可以由非金屬絲線組成，通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在基材上。這些絲線連接被刻在基材2表面或基材2內(nèi)部并構(gòu)成一定的幾何圖形。將基材2劃分成很多個陣列排布且大小相等的立方體基材單元，例如為長、寬、高均為入射電磁波波長的十分之一的立方體，每個基材單元上附著有一個或多個人造微結(jié)構(gòu)3,構(gòu)成一個超材料單元4。因此每個超材料單元4含有一定量的構(gòu)成人造微結(jié)構(gòu)3的絲線。已知一束電磁波入射到介質(zhì)上會向折射率大的地方偏折，因此要實現(xiàn)電磁波的偏折，本發(fā)明的超材料面板沿一個方向如X方向其折射率是逐漸減小的，而Y方向和Z方向中的任一方向其折射率不變或者也逐漸減小。要使偏折的角度大，則折射率在該方向上的逐漸減小的變化率要大。本文的逐漸減小，是指下一參考點的數(shù)據(jù)小于或等于前一參考點的數(shù)據(jù)。這里的變化率大，是指三個前后排列的參考點中，第二參考點與第三參考點的差值大于第一參考點與第二參考點的差值。本文的折射率，是由公式n = a#推算得出的，其中a為一個常數(shù)，e為一個超材料單元4在某一電磁波頻率下的介電常數(shù)，y為此超材料單元4在該電磁波頻率下的磁導(dǎo)率。通過大量的試驗和仿真得出規(guī)律，即基材2上的絲線密度大也即基材單元內(nèi)絲線含量高的位置該基材單元整體體現(xiàn)的等效折射率大，因此要使元件沿X方向折射率逐漸減小，則應(yīng)該至少沿X方向其基材單元內(nèi)的絲線含量逐漸減小。這里的基材單元可以是常規(guī)的體積單位如立方毫米、立方厘米等，也可以是任一自定義的體積大小，例如上述每個超材料單元4為一個基材單元，整個超材料片層I既是由數(shù)以萬計的超材料單元4構(gòu)成的。
當每個超材料單元4含有一個人造微結(jié)構(gòu)3時，當人造微結(jié)構(gòu)3的尺寸沿X方向逐漸減小，則其基材單元的絲線含量也逐漸減小，折射率也逐漸減小，如圖2、圖3所示，此時，沿Y方向每個超材料單元4具有相同的尺寸大小，Y方向折射率不變。當然，本發(fā)明的電磁波偏折元件沿Y方向可依與X方向同樣的原理實現(xiàn)折射率逐漸減小，Z方向亦然。當各個超材料單元4所含的人造微結(jié)構(gòu)3數(shù)量不等時，若每個人造微結(jié)構(gòu)3的形狀、尺寸完全相同，可以設(shè)計電磁波偏折元件使其沿X方向各超材料單元4的人造微結(jié)構(gòu)3數(shù)量逐漸減小來實現(xiàn)絲線含量逐漸減少進而折射率逐漸減小。Y方向和Z方向亦然。本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)3可以是任何形狀的結(jié)構(gòu)。對于平面結(jié)構(gòu)，人造微結(jié)構(gòu)3可以是如圖2、圖3所示的“エ”字形，包括相互平行且相等的兩個第一金屬絲50、兩端分別連接在所述兩第一金屬絲50中點且垂直于所述第一金屬絲50的第二金屬絲51。人造微結(jié)構(gòu)3也可以是其他形狀，比如“十”字形，如圖4所示，包括垂直相交的兩根長金屬絲60和分別連接在每個長金屬絲60兩端且與之垂直的短金屬絲61。當然，其他任意形狀如封閉或者不封閉的平面曲線，例如三角形、四邊形、“匚”字形、橢圓環(huán)等，都可以作為本發(fā)明的人造微結(jié)構(gòu)3的絲線所構(gòu)成的形狀。對于三維立體的人造微結(jié)構(gòu)3，其優(yōu)選實施例如圖5所示，超材料面板包括多個相同超材料片層1，即Z方向的折射率不變。對于每個超材料片層1，沿X方向的折射率逐漸減小，Y方向的折射率不變。如圖5所示，由于每個超材料単元4只含有ー個人造微結(jié)構(gòu)3，且形狀均相似，因此，陣列排布在基材2內(nèi)部的人造微結(jié)構(gòu)3沿X方向尺寸逐漸減小、Y方向尺寸不變。其中，本實施例的人造微結(jié)構(gòu)3包括兩兩垂直且相交于一點的三根正交金屬·絲70和分別垂直連接在每根正交金屬絲70兩端且被該正交金屬絲70平分的端部金屬絲71。在其他實施例中，三維的人造微結(jié)構(gòu)還可以是其他任意三維結(jié)構(gòu)如任意空間曲線、五棱柱框、圓環(huán)等等。需要說明的是，本發(fā)明的電磁波偏折元件，并不限定其所具有的所有人造微結(jié)構(gòu)3必然形狀相似，各個人造微結(jié)構(gòu)3可以為各不相同的任意形狀，例如該元件可以同時包括有“エ”字形和圓環(huán)形的人造微結(jié)構(gòu)3。另外，人造微結(jié)構(gòu)3并不一定如上述實施例一祥比例縮小，可以通過逐漸減短人造微結(jié)構(gòu)的某一根或幾根絲線從而使超材料単元4的絲線含量逐漸減少從而達到折射率逐漸減小的目的，例如當所有人造微結(jié)構(gòu)均為“エ”字形，沿X方向逐漸減小每一列人造微結(jié)構(gòu)的第二金屬絲51的長度、第一金屬絲50長度不變，沿Y方向、Z方向的各個人造微結(jié)構(gòu)均相同。這種設(shè)計也可實現(xiàn)折射率沿X方向逐漸減小、Y方向和Z方向折射率不變的目的。在本發(fā)明又一實施例中，超材料面板102可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于天線單元101的電磁波傳播方向d上,通過旋轉(zhuǎn)超材料面板102使其與天線單元101形成一定夾角?？梢哉{(diào)整超材料面板102與天線單元101的夾角，使得天線單元101的電磁波入射方向d與超材料面板102所在平面的夾角等于經(jīng)過超材料面板102偏折后電磁波出射方向與超材料面板102所在平面的夾角，這種情況下，電磁波的傳播損耗最小，輻射強度也就最理想。如圖6所示，入射電磁波通過超材料面板后偏折角度□，偏折后電磁波傳播方向為不同于d的d’。為了使得電磁波的傳播損耗最小，那么可以旋轉(zhuǎn)超材料面板102使其與天線單元101形成一定夾角(圖6中的虛線示出了超材料面板102經(jīng)旋轉(zhuǎn)后的位置)，也即入射電磁波與超材料面板102所在平面形成夾角P 1，如圖7所示，出射電磁波與超材料面板102所在平面形成夾角P 2(而出射電磁波與入射電磁波的夾角，即偏折角是保持不變的，都為□)，偏折后電磁波傳播方向為不同于d的d’。旋轉(zhuǎn)超材料面板102使得P I = ￠2,這樣就能夠達到電磁波的傳播損耗最小的目的。當然，如果需要的偏折角度□不同時，可以更換具有不同折射率排布的超材料面板。不同的折射率分布導(dǎo)致偏折角度□不同。
本發(fā)明通過在天線單元的電磁波傳播方向上設(shè)置具有偏折功能的超材料面板，使得入射的電磁波發(fā)生偏折。采用此方案，無需調(diào)整天線的位置即可實現(xiàn)電磁波輻射方向的調(diào)整，免去了天線的安裝和維護成本，也不存在因天線位置的改變帶來的天線性能的下降。而且，可通過設(shè)計不同排布的超材料面板，來得到不同的偏折角度，調(diào)整比較靈活而且偏折角度不受限制。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
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)明的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種天線，包括天線單元，其特征在于，還包括具有偏折功能的超材料面板，用于使入射的電磁波偏折，所述超材料面板相對設(shè)置于所述天線單元的電磁波傳播方向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述超材料面板可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于所述天線單元的電磁波傳播方向上，通過旋轉(zhuǎn)所述超材料面板使其與所述天線單元形成一定夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其特征在于，所述超材料面板由至少一個超材料片層構(gòu)成，每個片層包括片狀的基材和附著在所述基材上的多個人造微結(jié)構(gòu)；所述超材料面板沿第一方向其折射率逐漸減小，而沿垂直于第一方向的第二方向、以及同時垂直于第一方向和第二方向的第三方向其折射率不變或者逐漸變小。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述基材劃分為多個陣列排布且大小相同的基材單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其特征在于，每個基材單元內(nèi)附著有一個人造微結(jié)構(gòu)，所述人造微結(jié)構(gòu)沿所述第一方向其尺寸逐漸減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陣列天線，其特征在于，每個所述人造微結(jié)構(gòu)為由至少一根金屬絲組成的具有幾何圖案的平面或立體結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其特征在于，所述金屬絲為銅絲或銀絲。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其特征在于，所述金屬絲通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在所述基材上。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述基材由陶瓷、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，其特征在于，所述超材料面板包括多個超材料片層，所述多個超材料片層沿垂直于所述基材表面的方向堆疊而成為一體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線，包括天線單元，還包括具有偏折功能的超材料面板，用于使入射的電磁波偏折，所述超材料面板相對設(shè)置于所述天線單元的電磁波傳播方向上。本發(fā)明通過在天線單元的電磁波傳播方向上設(shè)置具有偏折功能的超材料面板，使得入射的電磁波發(fā)生偏折。采用此方案，無需調(diào)整天線的位置即可實現(xiàn)電磁波輻射方向的調(diào)整，免去了天線的安裝和維護成本，也不存在因天線位置的改變帶來的天線性能的下降。而且，可通過設(shè)計不同排布的超材料面板，來得到不同的偏折角度，調(diào)整比較靈活而且偏折角度不受限制。
文檔編號H01Q15/00GK102790286SQ20111012525
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 黃灃 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院