[發明專利]一種超材料射頻天線

有效

• 申請號: 201110082227.1
• 申請日: 2011-04-01
• 公開（公告）號: CN102904021A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發明（設計）人: 劉若鵬;徐冠雄;張洋洋;李岳峰
• 申請（專利權）人: 深圳光啟高等理工研究院;深圳光啟創新技術有限公司
• 主分類號: H01Q9/04
• 分類號: H01Q9/04;H01Q1/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發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

現有通訊系統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)。這些指標極限的基本物理原理使得天線的小型化技術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雜性，逼近這些極限值都成為了巨大的技術挑戰。因此當在設計中遇到天線使用空間小、工作頻率低、工作在多模問題時，其就顯得力不從心。

為解決上述問題，現有技術的解決方案一般是通過在天線外部額外設置匹配線路來實現多模的輻射要求。在天饋系統中加入匹配網絡后，功能上是可實現低頻、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絡上，其輻射效率將極大的降低。

現有的超材料小天線，如公開號為CN201490337的中國專利，在設計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絡，這種豐富的色散特性為多頻點的阻抗匹配帶來了極大的便利。盡管如此現有的超材料小天線在面對現有終端設備小體積、低工作頻率、寬帶多模等問題時，設計的過程中也受到了極大的制約。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述不足，提出進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。

本發明解決其技術問題采用的技術方案是，提出一種超材料射頻天線，其包括：附著有人造金屬微結構的第一介質基板、與該人造金屬微結構耦合的饋線、覆蓋于該第一介質基板上面的第二介質基板。

該人造金屬微結構為互補式開口諧振環結構、互補式螺旋線結構、開口螺旋環結構、雙開口螺旋環結構以及互補式彎折線結構中的一種。

該第一介質基板由陶瓷材料、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構設置且通過金屬短接點與該人造金屬微結構形成感性耦合。

該饋線圍繞該人造金屬微結構設置且不與該人造金屬微結構接觸而形成容性耦合。

本發明通過在第一介質基板上覆蓋第二介質基板，兩塊介質基板之間形成耦合電容使得天線工作在低頻時無需增長饋線長度，減小了天線的體積。

附圖說明

圖1為本發明超材料射頻天線的結構示意圖。

具體實施方式

超材料是由具有一定圖案形狀的人造金屬微結構按照特定方式周期排列于基材上而構成。人造金屬微結構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和不同的磁導率從而使得超材料具有不同的電磁響應。其中，當該人造金屬微結構處于諧振頻段時，該人造金屬微結構將表現出高度的色散特性，所謂高度的色散特性是指該人造金屬微結構的阻抗、容感性、等效的介電常數和磁導率隨著頻率會發生劇烈的變化。

本發明利用超材料的上述原理，設計一種超材料射頻天線。其將人造金屬微結構附著于第一介質基板上并利用人造金屬微結構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絡的設計以實現天線小型化；另外，本發明還在天線結構中加入第二介質基板，第二介質基板覆蓋于第一介質基板上使得天線的分布電容增大。

如圖1所示，圖1為本發明超材料射頻天線的結構示意圖。圖1中，超材料射頻天線包括附著有人造金屬微結構40的第一介質基板30、與第一介質基板30連接的饋線10以及覆蓋于第一介質基板30上的第二介質基板20。人造金屬微結構40可以是互補式開口諧振環結構、互補式螺旋線結構、開口螺旋環結構、雙開口螺旋環結構、互補式彎折線結構中的一種以及通過前面幾種結構衍生、復合、組合或組陣得到的金屬微結構。上面的幾種微結構具體可參考專利號為CN201490337的中國專利申請。饋線10通過可短接點50與人造金屬微結構40連接從而與人造金屬微結構40形成感性耦合以對其進行饋電。可短接點50的位置可以是任意位置。另外饋線10對人造金屬微結構40饋電的方式還可以是容性耦合饋電方式，即饋線10圍繞人造金屬微結構40設置而不與人造金屬微結構40接觸。第二介質基板20覆蓋于第一介質基板30的方式為多樣的，可采用貼附、吸附或者壓制等方式。