專利名稱：攝像頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及攝像設(shè)備，尤其是涉及一種無線攝像頭。
背景技術(shù)：
攝像頭(CAMERA)又稱為電腦相機，電腦眼等，是一種視頻輸入設(shè)備，被廣泛的運用于視頻會議，遠程醫(yī)療及實時監(jiān)控等方面。普通的人也可以彼此通過攝像頭在網(wǎng)絡(luò)進行有影像、有聲音的交談和溝通。攝像頭分為數(shù)字?jǐn)z像頭和模擬攝像頭兩大類。數(shù)字?jǐn)z像頭可以將視頻采集設(shè)備產(chǎn)生的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進而將其儲存在計算機里。模擬攝像頭捕捉到的視頻信號必須經(jīng)過特定的視頻捕捉卡將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字模式，并加以壓縮后才可以轉(zhuǎn)換到計算機上運用。數(shù)字?jǐn)z像頭可以直接捕捉影像，然后通過串、并口或者USB接口傳到計算機里。然而，這些攝像頭都需要通過有線方式與電腦連接，特別用于安全監(jiān)控攝像頭，需要部署零亂走線以將視頻信號及時傳送電腦設(shè)備，若一旦這些零亂走線被割斷或者某個接口脫落，導(dǎo)致視頻信號無法存儲于電腦設(shè)備中，而且這些帶有有線的攝像頭安裝不便。天線作為無線射頻信號的輻射單元和接收器件，其工作特性將直接影響整個電子系統(tǒng)的工作性能。然而傳統(tǒng)的天線的尺寸、帶寬、增益等重要指標(biāo)卻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)極限的基本原理使得天線的小型化技術(shù)難度遠遠超過了其它器件，而由于射頻器件的電磁場分析的復(fù)雜性，逼近這些極限值都成為了巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

實用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有攝像頭中存在的問題，本實用新型提供了一種無線的攝像頭，通過應(yīng)用高性能的超材料內(nèi)置天線技術(shù)，在滿足攝像頭性能要求的前提下實現(xiàn)天線的內(nèi)置化， 本實用新型采用以下技術(shù)方案一種攝像頭包括超材料天線、信號處理模塊及圖像傳感器，所述超材料天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的一饋電點、與所述饋電點相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述圖像傳感器用于攝取圖像信息并轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理模塊用于處理所述電信號并產(chǎn)生結(jié)果信息，所述超材料天線用于將所述包含視音頻的結(jié)果信息以電磁波形式傳播。進一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓撲結(jié)構(gòu)而成。進一步地，所述超材料天線還包括接地單元，所述接地單元對稱地分布所述饋電點兩側(cè)；所述接地單元上設(shè)置有若干個金屬化的通孔。進一步地，所述超材料天線還包括一參考地，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對兩表面上的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。進一步地，所述第一參考地單元及第二參考地單元相互電連接。[0011]進一步地，所述介質(zhì)基板設(shè)置有若干金屬化通孔，所述第一參考地單元與所述第二參考地單元通過所述金屬化通孔實現(xiàn)電連接。進一步地，所述第一參考地單元設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元及第二金屬面單元，所述第一金屬面單元與所述饋線的一端位置相對，使所述饋線的一端形成所述微帶線；所述第二參考地單元設(shè)置有第三金屬面單元，所述第三金屬面單元與所述第二金屬面單元位置相對。進一步地，所述介質(zhì)基板位于所述第二金屬面單元及所述第三金屬面單元處開設(shè)有若干金屬化通孔，所述第二金屬面單元與所述第三金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。進一步地，所述第二參考地單元還包括第四金屬面單元，所述第四金屬面單元位于所述饋線一端的一側(cè)，并位于所述饋線的延伸方向上，所述第一金屬面單元與所述第四金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。進一步地，所述超材料天線的諧振頻段至少包括2. 4GHZ-2. 49GHz和 5. 72GHz-5. 85GHz。相對現(xiàn)有技術(shù)而言，本實用新型的攝像頭采用超材料天線內(nèi)置，然而基于超材料天線技術(shù)設(shè)計出使一個波段、兩個或者更多不同波段的電磁波諧振的超材料天線，決定該天線體積的金屬結(jié)構(gòu)尺寸的物理尺寸不受半波長的物理長度限制，可以根據(jù)攝像頭本身尺寸設(shè)計出相應(yīng)的天線，滿足無線通訊設(shè)備小型化、天線內(nèi)置的需求。另外，可以實現(xiàn)然而上述無線方式將視音頻信號高速、超寬帶、大容量傳送至電腦存儲設(shè)備中，降低攝像頭采用有線方式傳輸信號的成本。

圖1是攝像頭的模塊圖；圖2是本實用新型攝像頭中的天線第一實施方式的主視圖；圖3為圖2所示天線后視圖；圖4是本實用新型的天線第一實施方式S參數(shù)仿真圖；圖5是本實用新型攝像頭中的天線第二實施方式的主視圖；圖6是本實用新型攝像頭中的天線第三實施方式的主視圖；圖7為本實用新型天線的第二、三實施方式上的金屬結(jié)構(gòu)放大圖；圖8是本實用新型的天線第一實施方式S參數(shù)仿真圖；圖9是本實用新型第二、三實施方式操作于2. 4,2. 44,2. 48GHz時E方向遠場仿真結(jié)果圖；圖10是本實用新型第二、三實施方式操作于2. 4,2. 44,2. 48GHz時H方向遠場仿真結(jié)果圖；圖11是本實用新型第二、三實施方式操作于5. 725,5. 8,5. 85GHz時E方向遠場仿
真結(jié)果圖；圖12是本實用新型第二、三實施方式操作于5. 725、5.8、5. 85GHz時H方向遠場仿
真結(jié)果圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型攝像頭做一步說明。請參閱圖1，是本實用新型中的攝像頭的模塊圖。攝像頭100包括超材料天線10、 信號處理模塊11及圖像傳感器12。所述圖像傳感器12用于攝取圖像信息并轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理模塊11用于處理所述電信號并產(chǎn)生結(jié)果信息，所述超材料天線10用于將所述包含視音頻的結(jié)果信息以電磁波形式傳播。在本實用新型中，所述攝像頭100包括但不限于監(jiān)控攝像頭、監(jiān)控器、高清攝像頭、紅外監(jiān)控攝像機等。上述通過無線方式輸出視音頻信號，極大省掉各種視頻接口成本，從而可以降低攝像頭有線方式接入的成本。本實用新型攝像頭中天線是基于人工電磁材料技術(shù)設(shè)計而成，人工電磁材料是指將金屬片鏤刻成特定形狀的拓撲金屬結(jié)構(gòu)，并將所述特定形狀的拓撲金屬結(jié)構(gòu)設(shè)置于一定介電常數(shù)和磁導(dǎo)率基材上而加工制造的等效特種電磁材料，其性能參數(shù)主要取決于其亞波長的特定形狀的拓撲金屬結(jié)構(gòu)。在諧振頻段，人工電磁材料通常體現(xiàn)出高度的色散特性，換言之，天線的阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會發(fā)生劇烈的變化。因而可采用人工電磁材料技術(shù)對上述天線的基本特性進行改造，使得金屬結(jié)構(gòu)與其依附的介質(zhì)基板等效地組成了一個高度色散的特種電磁材料，從而實現(xiàn)輻射特性豐富的新型天線。以下詳細介紹應(yīng)用攝像頭中超材料天線10的幾個實施方式第一實施方式請一并參閱圖2及圖3，超材料天線10包括介質(zhì)基板1、金屬結(jié)構(gòu)2、饋線3及參考地41、42，所述介質(zhì)基板1呈長方板狀，其可由高分子聚合物、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等材質(zhì)制成。在本實施例中，所述介質(zhì)基板1的材質(zhì)采用玻纖材質(zhì)(FR4)制成，因而不僅成本低，而且可保證在不同的工作頻率中保持良好的天線工作特性。所述金屬結(jié)構(gòu)2、饋線3及參考地41、42分別置于所述介質(zhì)基板1的相對的兩表面上，所述金屬結(jié)構(gòu)2、饋線3及參考地41、42與所述介質(zhì)基板1形成超材料天線，所述超材料天線的性能取決于所述金屬結(jié)構(gòu)2，在諧振頻段，超材料通常體現(xiàn)出高度的色散特性，即其阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會發(fā)生劇烈的變化，因而通過改變所述金屬結(jié)構(gòu)2及介質(zhì)基板1的基本特性，便使得所述金屬結(jié)構(gòu)2與介質(zhì)基板1等效地組成一個按照洛倫茲材料諧振模型的高度色散的特種電磁材料。請參閱圖4，本實施例中的超材料天線的工作頻段是2. 4GHZ 2. 49GHZ及 5. 72GHZ 5. 85GHZ，上述該兩頻段的增益分別可達3. 58dBi及3. HdBi0可以理解的是，可以設(shè)置超材料天線10只響應(yīng)頻率為2. 4GHZ 2. 49GHZ頻段，即單頻天線。所述饋線3設(shè)置在所述金屬結(jié)構(gòu)2的一側(cè)，并沿著所述金屬結(jié)構(gòu)2的長度方向延伸，其與所述金屬結(jié)構(gòu)2相互耦合，其中，所述饋線3的一端彎折延伸至所述金屬結(jié)構(gòu)2端部一側(cè)。此外，可根據(jù)需要在所述饋線3與金屬結(jié)構(gòu)2之間的空間中嵌入容性電子元件，通
過嵌入容性電子元件調(diào)節(jié)饋線3與金屬結(jié)構(gòu)2之間的信號耦合，由公式f=1/ (2π頂),
可知電容值的大小和工作頻率的平方成反比，所以當(dāng)需要的工作頻率為較低工作頻率時， 可以通過適當(dāng)?shù)那度肴菪噪娮釉崿F(xiàn)。加入的容性電子元件的電容值范圍通常在0-2pF 之間，不過隨著天線工作頻率的變化嵌入的電容值也可能超出0-2pF的范圍。所述參考地41、42位于所述饋線3的一側(cè)，使所述饋線3的位于所述金屬結(jié)構(gòu)2 端部的一端形成微帶線31。在本實施例中，所述參考地包括第一參考地單元41及第二參考地單元42，所述第一參考地單元41及第二參考地單元42分別位于所述介質(zhì)基板1的相對兩表面。所述第一參考地單元41設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元411及第二金屬面單元412。所述第二參考地單元42與所述饋線3位于所述介質(zhì)基板1的同一側(cè)，并設(shè)置有第三金屬面單元421及第四金屬面單元422。所述第一金屬面單元411與所述饋線3位置相對，使所述饋線3的位于所述金屬結(jié)構(gòu)2端部的一端形成所述微帶線31，即所述參考地為虛擬地。所述第二金屬面單元412 與所述第三金屬面單元421位置相對。所述第三金屬面單元421位于所述金屬結(jié)構(gòu)2的一端，所述第三金屬面單元421呈長方面板狀，并與所述饋線3的延伸方向相同。所述介質(zhì)基板1位于所述第二金屬面單元412及所述第三金屬面單元421處開設(shè)有若干金屬化通孔5， 所述第二金屬面單元412與所述第三金屬面單元421通過所述金屬化通孔5電連接。所述第四金屬面單元422位于所述饋線3 —端的一側(cè)，并位于所述饋線3的延伸方向上。所述介質(zhì)基板1位于所述第一金屬面單元411及所述第四金屬面單元422處開設(shè)有若干金屬化通孔5，所述第一金屬面單元411與所述第四金屬面單元422通過所述金屬化通孔5電連接。通過第一金屬面單元411與所述饋線3的一端形成所述微帶線31，因而可減少外部信號對在所述饋線3上傳送的信號干擾，提高天線增益，實現(xiàn)較好的阻抗匹配，節(jié)省材料，成本低。所述第一金屬面單元411至第四金屬面單元422之間通過巧妙的位置設(shè)置，因而使所述參考地占用較小的空間，便實現(xiàn)較大的面積。此外，通過設(shè)置所述金屬化通孔5，因而可進一步提高所述參考地的面積。綜上所述，本實用新型超材料天線10通過精密地控制金屬結(jié)構(gòu)2的拓撲形態(tài)及布局所述微帶線31，得到需要的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布，使天線能夠在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)較好的阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場型，其占用體積小，對環(huán)境要求低，增益高，應(yīng)用范圍廣，適用攝像頭的內(nèi)置或者外置天線。第二實施方式如圖5所示，為本實用新型實施例的超材料天線10的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例中的超材料天線10包括介質(zhì)基板7以及設(shè)置在介質(zhì)基板7上的饋電點5、與該饋電點5相連接的饋線4、平面板狀的金屬結(jié)構(gòu)6。其中，饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6相互耦合；金屬結(jié)構(gòu)6是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓撲結(jié)構(gòu)61而成，鏤刻時去除槽拓撲結(jié)構(gòu)61對應(yīng)的材料，剩余的金屬片即為金屬結(jié)構(gòu)6，在鏤刻出槽拓撲結(jié)構(gòu)61后，金屬片上呈現(xiàn)出包括在金屬結(jié)構(gòu)6內(nèi)的金屬走線 62 ；槽拓撲結(jié)構(gòu)61中相鄰槽的間距即為金屬走線62的寬度，槽拓撲結(jié)構(gòu)61的槽寬與金屬走線62的寬度相等，且均為0. 15mm ；介質(zhì)基板7可由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制成，優(yōu)選地，由高分子材料制成，具體地可以是FR-4、F4B等高分子材料。在本實施例中，金屬結(jié)構(gòu)6為軸對稱的平面板狀。其中金屬結(jié)構(gòu)6為銅或銀材料制成。優(yōu)選為銅，價格低廉，導(dǎo)電性能好。為了實現(xiàn)更好阻抗匹配，金屬結(jié)構(gòu)6也可為銅和銀組合。請參閱圖6，為本實用新型第三實施方式主視圖，第三實施方式與第二實施方式區(qū)別在于還包括接地單元8，接地單元8上設(shè)置有若干金屬化的通孔81 ；接地單元8對稱地分布所述饋電點5兩側(cè)，介質(zhì)基板7的選擇與實施例1相同。圖7所示為第二實施方式與第三實施方式的金屬結(jié)構(gòu)的放大圖?？梢岳斫獾厥?，饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6之間信號饋入方式可以有多種。所述饋線4直接與所述金屬結(jié)構(gòu)6相連；且所述饋線4與金屬結(jié)構(gòu)6的相連接點位置可以位于金屬結(jié)構(gòu)6上的任意位置。饋線4采用包圍方式設(shè)置于所述金屬結(jié)構(gòu)6 外圍且饋線4的末端設(shè)置于金屬結(jié)構(gòu)6外圍任意位置。本實施例利用人工電磁材料的特性，采用在金屬片上鏤刻成金屬結(jié)構(gòu)的方式， 使得金屬結(jié)構(gòu)及與金屬結(jié)構(gòu)所依附的介質(zhì)基板共同組成一個等效介電常數(shù)按照洛侖茲材料諧振模型色散的電磁材料，從而設(shè)計出多諧振頻段的天線。在本實施方式中，第二實施方式與第三實施方式所示的天線使2. 4GHz-2. 49GHz和5. 72GHz-5. 85GHz兩個頻段電磁波諧振，金屬結(jié)構(gòu)6的長和寬都可以根據(jù)通訊設(shè)備機構(gòu)布局做任意調(diào)整，但是金屬結(jié)構(gòu)6結(jié)構(gòu)形狀保持與本實施例中一致即可，該單極天線可以用于單頻2. 4GHz-2. 49GHz或 5. 72GHz-5. 85GHz頻段的通訊設(shè)備，也可以用于雙頻2. 4GHz_2. 49GHz和5. 72GHz_5. 85GHz 頻段的攝像頭設(shè)備。如圖8所示為本實用新型第二實施方式與第三實施方式的S參數(shù)仿真圖，該圖示出了第二實施方式與第三實施方式的天線在2. 4GHz和5. 8018GHz分別具有_15. 426dB 和-19. 184dB的損耗，在本實用新型所要求的2. 4GHz_2. 49GHz和5. 72GHz_5. 85GHz頻率段內(nèi)均具有-IOdB以下的損耗，表明本實用新型天線能夠單獨在2. 4GHz-2. 49GHz或 5. 72GHz-5. 85GHz頻率段內(nèi)工作，也可以同時在2. 4GHz_2. 49GHz和5. 72GHz_5. 85GHz頻率段內(nèi)工作，并且滿足攝像頭中對超材料天線10的要求。圖9、圖10、圖11及圖12分別示出了本實用新型第二實施方式與第三實施方式超材料天線10操作于2. 4,2. 44,2. 48GHz和5. 725,5. 8,5. 85GHz時分別在垂直平面 (Ε-Plane)和水平平面(Η-Plane)方向遠場仿真結(jié)果圖，在此結(jié)果中能夠觀察到本實用新型的超材料天線的極化效果不亞于現(xiàn)有天線并符合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。本實用新型中，關(guān)于超材料天線10的加工制造，只要滿足本實用新型的設(shè)計原理，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，如覆銅的PCB制造均可滿足本實用新型的加工要求。除此加工方式，還可以根據(jù)實際的需要引入其它加工手段，如導(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 的精確加工來完成槽拓撲結(jié)構(gòu)的加工，用鐵片來完成其它輔助部分。由于采用低成本的銅材料形成所述金屬結(jié)構(gòu)6，因此暴露空氣中容易被氧化而使超材料天線10諧振頻率偏移或者性能急劇下降，因此單極天線表面上設(shè)置有非金屬的防氧化薄膜。由于本實用新型的主要性能都集中在金屬結(jié)構(gòu)6槽拓撲結(jié)構(gòu)61的設(shè)計，因此，饋線4的引線對超材料天線10的輻射頻率影響相對較小?；谶@個特點，超材料天線10可以被靈活的擺放在系統(tǒng)的任何位置，簡化的安裝測試的復(fù)雜度。上面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型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)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種攝像頭，其特征在于，包括超材料天線、信號處理模塊及圖像傳感器，所述超材料天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的一饋電點、與所述饋電點相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述圖像傳感器用于攝取圖像信息并轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理模塊用于處理所述電信號并產(chǎn)生結(jié)果信息，所述超材料天線用于將所述包含視音頻的結(jié)果信息以電磁波形式傳播。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像頭，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓撲結(jié)構(gòu)而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像頭，其特征在于，所述超材料天線還包括接地單元，所述接地單元對稱地分布所述饋電點兩側(cè)；所述接地單元上設(shè)置有若干個金屬化的通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像頭，其特征在于，所述超材料天線還包括一參考地，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對兩表面上的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的攝像頭，其特征在于所述第一參考地單元及第二參考地單元相互電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的攝像頭，其特征在于所述介質(zhì)基板設(shè)置有若干金屬化通孔， 所述第一參考地單元與所述第二參考地單元通過所述金屬化通孔實現(xiàn)電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的攝像頭，其特征在于所述第一參考地單元設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元及第二金屬面單元，所述第一金屬面單元與所述饋線的一端位置相對，使所述饋線的一端形成所述微帶線；所述第二參考地單元設(shè)置有第三金屬面單元， 所述第三金屬面單元與所述第二金屬面單元位置相對。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的攝像頭，其特征在于所述介質(zhì)基板位于所述第二金屬面單元及所述第三金屬面單元處開設(shè)有若干金屬化通孔，所述第二金屬面單元與所述第三金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的攝像頭，其特征在于所述第二參考地單元還包括第四金屬面單元，所述第四金屬面單元位于所述饋線一端的一側(cè)，并位于所述饋線的延伸方向上，所述第一金屬面單元與所述第四金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的攝像頭，其特征在于，所述超材料天線的諧振頻段至少包括 2. 4GHz-2. 49GHz 和 5. 72GHz_5. 85GHz。
專利摘要一種攝像頭包括超材料天線、信號處理模塊及圖像傳感器，所述超材料天線包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的一饋電點、與所述饋電點相連接的饋線及一金屬結(jié)構(gòu)；所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述圖像傳感器用于攝取圖像信息并轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理模塊用于處理所述電信號并產(chǎn)生結(jié)果信息，所述超材料天線用于將所述包含視音頻的結(jié)果信息以電磁波形式傳播。本實用新型的攝像頭外或者內(nèi)部設(shè)置超材料天線，可以實現(xiàn)然而上述無線方式將視音頻信號高速、超寬帶、大容量傳送至電腦存儲設(shè)備，降低攝像頭采用有線方式傳輸信號的成本。
文檔編號H01Q1/48GK202275942SQ20112037709
公開日2012年6月13日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄 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