CN102349192A - 谐振天线 - Google Patents

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Abstract

一种超材料(110)，其由下侧导体面(103)、上侧导体(102)、导体片(104)的重复(例如周期)阵列和导体柱(105)构成，其中导体柱(105)使导体片(104)的每一者和下侧导体面(103)电连接。馈电线(106)被连接到导体(102)。开口被重复设置到下侧导体面(103)。在此情况下，岛状电极被设置到该开口的内侧，导体柱(105)通过夹置在其间的岛状电极连接到导体面(103)。

Description

谐振天线
技术领域
本发明涉及使用了超材料(meta-material)的谐振天线。
背景技术
近年来，在无线装置等中，要求天线的小型化和薄型化。这是由于因较高的封装密度而难以确保空间、天线的数目因多输入多输出(MIMO)的引入而增加等这样的事实所引起的。这种倾向尤其在要求小型化、质轻化、薄型化的移动领域是非常明显的，因此天线的小型化和薄型化是必要的。
在诸如现有技术中的片状天线或者天线之类的谐振天线中，其工作带域取决于元件的尺寸和绝缘材料(电介质)的介电常数和导磁率。因此，可以确定工作带域和所使用的衬底材料，并且人为地确定其尺寸。
图2示出了现有技术中的片状天线1a。它由两片导体层构成。片状导体元件2为天线元件，它被配置在上层中，并且导体面3被配置在下层中，其中介电层14夹置在上、下层之间，并且点划线所包围的区域形成了谐振器12。另外，导体元件2被电连接到馈电线6。在附图示例中，电力通过微带线被馈送给导体元件2。
通常来讲，由于无线装置中所使用的载波频率在数几个GHz或者更小的范围内，其在真空中的半波长λ/2的大小相当于真空中的数几个cm。在此，当将介电层14的介电常数设定为εr，并且将导磁率设定为μr时，半波谐振过程中的谐振器12的一边长度d用下列表达式来表示。
d＝λ/(2·(εr·μr)1/2)
为了使有关技术型的天线小型化显著，要求使用介电常数和导磁率极其高的介质，因此其成本也非常高。
另一方面，近年来，提出了将高阻抗表面(以下，被称作HIS)作为提高天线低轮廓化或指向性的方法。HIS也被称作人工磁导体(artificialmagnetic conductor，AMC)。作为实现该HIS的结构，专利文献1中所公开的蘑菇型周期结构10是公知的。蘑菇型周期结构10也被视作电磁带隙(EBG)结构的代表结构之一。
专利文献1公开了，尽管通常的导体使电磁波发生了反相反射，但是蘑菇型周期结构10会使带隙频率附近的电磁波同相反射，并且充当磁壁，从而抑制表面电流在蘑菇型周期结构10的带隙频带中传播。
图3示出了蘑菇型周期结构10的剖视图。蘑菇型周期结构10具有这样的结构，即它由两片导体层构成，导体片4的周期阵列被配置在上层上，导体面3被配置在下层上，并且导体片4的每一者通过导体柱5电连接到导体面3。作为导体片4的形状，提出了正六边形或者正方形等。
图4(a)示出了专利文献1的图11b中所公开的片状天线11。在附图所示的示例中，馈电线6贯通介电层14，以被连接到同轴电缆16。蘑菇型周期结构10被配置为包围导体元件2(天线元件)，从而抑制表面电流的传播。由此，从专利文献1等中可以看出，抑制了来自导体面3的末端或者后方不必要的放射，并且提高了天线的指向性和放射效率。
图4(b)示出了专利文献1的图8b所公开的线状天线21。天线的工作频率，即谐振器12的谐振频率和蘑菇型周期结构10充当磁壁处的频率彼此匹配，从而可以将蘑菇型周期结构10用作充当磁壁的反射板。从专利文献1等中可以看出，当将通常的导体面用作天线的反射板时，为了提高放射效率，要求将导体元件2设定在远离导体面3四分之一波长的高度处以改进放射效果，另一方面，当将充当磁壁的蘑菇型周期结构10用作反射板时，在使导体元件2靠近蘑菇型周期结构10时提高了放射效率，从而能够实现天线的低轮廓化。
此外，在线状天线21中，蘑菇型周期结构10也抑制了表面电流的传播。由此，从专利文献1等中可以看出，抑制了来自导体面3的末端或者后方不必要的放射，并且提高了天线的指向性和放射效率。
相关文献
专利文献
[专利文献1]美国专利No.6,262,495的说明书(图8b和图11b)
发明内容
在图2(a)所示的片状天线1a和专利文献1的图11b中所例证的图4(a)所示的片状天线11的情况下，由于使用了半波谐振，所以与其中将导体面用作反射板的有关技术中的天线相比，该天线元件的自身尺寸没有发生改变，因此很难使天线元件小型化。
另外，在专利文献1的图8b中所例证的图4b所示的线状天线21中，由于蘑菇型周期结构10被用作反射板，所以蘑菇型周期结构所占据的面积自然而然地大于作为天线元件的导体元件2所占据的面积。也就是说，在将蘑菇型结构用作磁壁的天线中，可以实现该天线的低轮廓化。但是，必须将蘑菇型周期结构设置在较宽的区域上方，因此难以实现小型化。
本发明的目的是提供一种能够使天线元件小型化，并且抑制蘑菇型周期结构所占据的面积，使其等于或者小于天线元件的尺寸的谐振天线。
本发明的谐振天线包括：第一导体；第二导体，该第二导体的至少一部分面向该第一导体；第三导体，该第三导体被重复配置在该第一导体与该第二导体之间；馈电线，该馈电线被电连接到该第一导体或者该第二导体；以及第一连接部件，该第一连接部件使导体柱和该第一导体彼此连接。
根据本发明，可以使天线元件小型化，并且可以抑制蘑菇型周期结构所占据的面积，使其等于或者小于天线元件的尺寸。
附图说明
图1是解释根据本发明的谐振天线的实施例中所使用的超材料的视图。
图2是解释有关技术型的片状天线1a的视图。
图3是解释蘑菇型周期结构10的剖视图。
图4是解释其中使用了蘑菇型周期结构10的有关技术中的谐振天线的视图。
图5是根据实施例的谐振天线中所使用的超材料的每个单元晶格的等效电路图。
图6是根据实施例的谐振天线中的实施例中所使用的超材料的色散曲线。
图7是解释根据实施例的谐振天线的实施例的视图。
图8是用以解释根据实施例的谐振天线的谐振频率的超材料的色散曲线。
图9是解释当将通孔105a用作连接部件时的示例的剖视图。
图10是解释图9所示的谐振天线的实施例中的导体元件的单元晶格107a的俯视图。
图11是解释根据第二实施例的谐振天线的剖视图。
图12是解释构成根据第二实施例的谐振天线的导体面层的谐振器内部配置的俯视图。
图13(a)是解释平面型电感元件的各种形状的俯视图。
图13(b)是解释平面型电感元件的各种形状的俯视图。
图13(c)是解释平面型电感元件的各种形状的俯视图。
图14是解释根据第三实施例的谐振天线的剖视图。
图15是解释每个超材料单元晶格中的导体面层的配置的俯视图。
图16(a)是解释根据第四实施例的谐振天线的剖视图。
图16(b)是解释根据第四实施例的谐振天线的剖视图。
图16(c)是解释根据第四实施例的谐振天线的剖视图。
图16(d)是解释根据第四实施例的谐振天线的剖视图。
图17(a)是解释根据第五实施例的谐振天线的俯视图，并且图17(b)是沿图17(a)的线A-A的剖视图。
图18(a)是解释根据第六实施例的谐振天线的俯视图，并且图18(b)是沿图18(a)的线B-B的剖视图。
图19是解释根据第七实施例的谐振天线的俯视图。
图20是解释根据第八实施例的谐振天线的俯视图。
图21是解释根据第八实施例的谐振天线的俯视图。
图22是解释根据第九实施例的谐振天线的俯视图。
图23是解释根据第十实施例的谐振天线的俯视图。
图24是解释根据第一实施例的修改例的谐振器的剖视图。
图25是解释根据第二实施例的修改例的谐振器的剖视图。
图26是解释根据第三实施例的修改例的谐振器的剖视图。
具体实施方式
下面，将参考附图描述本发明的实施例。首先，根据本发明的谐振天线为具有超材料的谐振天线，其中超材料由周期结构构成，并且导体元件102相当于一个元件。
图1(a)示出了当透过上表面观看时根据本发明的谐振天线中所使用的超材料110的俯视图，并且图1(b)示出了沿线A-A的剖视图。超材料110由上侧上的第一导体面(第一导体)113、下侧上的第二导体面(第二导体)123、导体片(第三导体)104的重复(例如，周期)阵列以及将下侧上的第二导体面123电连接到各个导体片104的导体柱(第一连接部件)105构成。导体片104的周期阵列被配置在位于上侧上的第一导体面113与下侧上的第二导体面123之间的层中。另外，第一介电层114形成在第一导体面与导体片104的周期阵列层之间，并且第二介电层124形成在导体片104的周期阵列层与第二导体面之间。
在图1(a)及图1(b)中，点划线所包围的区域表示超材料110的单元晶格107，并且超材料110通过二维(或者一维)地重复例如周期性地排列单元晶格107而形成。
在此，当配置“重复”的单元晶格107时，优选在彼此邻接的单元晶格107中，在天线的通信频率的1/2波长λ的范围内设定相同的间距(中心距)。另外，其中在任一单元晶格107中省略一部分结构的情况也包括在该“重复”配置的情况下。另外，当单元晶格107具有二维阵列时，其中单元晶格107被部分省略的情况也包括在该“重复”配置的情况下。另外，其中一些单元晶格107中的一部分构件没有对齐的情况或者其中一些单元晶格107本身没有对齐的情况也包括在该“周期”配置的情况下。也就是说，即使严格意义上的周期性破坏时，也可以得到其中单元晶格107被重复配置的情况下的超材料的特性，并且因此在该“周期”配置的情况下，允许一定程度的缺陷。同时，由于这些缺陷的存在，可能得考虑其中贯通单元晶格107之间的互连装置或者过孔的情况，其中当将超材料添加到现有互连布局中时，不能通过现有过孔或者图案配置单元晶格107的情况，其中存在制造误差，以及现有过孔或者图案被用作单元晶格107的一部分的情况等。
图5示出了超材料110的每个单元晶格107的等效电路。可以其中串联谐振电路111并联在传输线路的中心部分中的形式来表示该等效电路。形成在导体片104与第一导体面113之间的电容相当于图5所示的超材料110的等效电路中的电容C。另外，基于导体柱105的电感相当于图5中的电感L，其中导体柱105位于导体片104与第二导体面123之间。也就是说，导体片104和导体柱105存在于位于第一导体面113与第二导体面123之间的层中，因此平行板具有被串联谐振电路111周期性地并联的结构，其中串联谐振电路111由电容C和电感L形成。
图6示出了通过比较电磁波穿过超材料110或者穿过平行板波导传播的传播特性所得到的色散曲线。在图6中，实线表示超材料110的色散关系，并且其中假定了单元晶格107被无限地周期性排列的情况。另一方面，虚线表示其中移除了图1(b)中的导体片104和导体柱105的平行板波导中的色散关系。
在虚线所表示的平行板波导的情况下，波数和频率用直线表示，这是因为它们具有彼此成比例的关系，并且其斜率用下列表达式来表示。
f/β＝c/(2π·(εr·μr)1/2)
另一方面，在超材料110的情况下，当频率增加时，与虚线所表示的平行板波导相比，其波数迅速增大。当波数到达2π/a时，大于等于此时频率的频带变成了阻带，并且当频率进一步增加时，出现了通带。也就是说，在小于等于阻带的频带中，穿过本发明的结构传播的电磁波的波长远远小于没有导体片和导体柱的情况下的波长。示出了在最低频率侧出现的通带的特性，其相位速度比虚线所表示的平行板波导的相位速度短。
此外，在图5所示的超材料110的每个单元晶格107的等效电路中，由于通过降低串联谐振电路111的串联谐振可使阻带向低频侧移动，所以在低频侧处出现的通带中的相位速度变小。
图7(a)示出了谐振天线101的剖视图，并且图7(b)示出了当透过上表面观看时的俯视图。谐振天线101由导体元件102(第二导体)、导体面103(第一导体)、在位于导体元件102与导体面103之间的层中周期性排列的导体片104、将导体面103电连接到各个导体片104的导体柱105和被电连接到导体元件102的馈电线106形成。
如图7(a)及图7(b)所示，当透过上表面观看谐振天线101时，导体元件102所占据的区域相当于谐振器112，并且导体片104被周期性地配置在导体元件102所占据的区域内。
谐振器112由图1所示的超材料110形成。在图7(a)及图7(b)所示的示例中，示出了其中二维排列了4×4个单元晶格107的情况。单元晶格107的格子常数被设定为a，当从上表面观看时，谐振器112的形状变成了边长为4a的正方形。
在由图2所示的一边长为Na的正方形导体、介电层和导体面构成的谐振器12中，色散曲线中的波数β＝nπ/(Na)(n＝1、2、…、N-1)处的频率相当于谐振频率是公知的。
另一方面，类似于超材料110所形成的谐振器112，当一边长为Na的谐振器通过二维排列N×N个格子常数为a的单元晶格107时，色散曲线中的波数β＝nπ/(Na)(n＝1、2、…、N-1)处的频率相当于谐振频率，并且特别地，波数β＝π/(Na)处的频率相当于半波频率。
当N＝4时，即当谐振器的一边长为4a时，图8所示的色散曲线中的β＝π/(4a)处的频率相当于半波频率。在此，从图8可以看出，图2所示的谐振器12中的半波谐振频率f0C远远大于由图7中的超材料110所形成的谐振器112中的半波谐振频率f0M。
由此，如果试图使谐振器12中的半波谐振频率等于由超材料110所形成的谐振器112中的半波谐振频率，则意为谐振器12的一边长必须大于由超材料110所形成的谐振器112的一边长的f0C/f0M倍。也就是说，可以看出，由超材料110所形成的谐振器112是能够使其尺寸小于有关技术型片状天线的谐振器12的尺寸的结构。
同时，在图7所示的谐振器112中，中间层过孔被用作导体柱105，但是也可以使用通孔105a。
图9示出了当将通孔105a用作导体柱105时的谐振天线101a的剖视图。在图9中，开口108被配置在导体元件102层内的通孔105a的周围，使得导体元件102与通孔105a不会彼此电连接。图10示出了导体元件102的单元晶格107a的俯视图，并且示出了开口108被设置在通孔105a周围的状态。
开口108以上述方式设置，因此，构成谐振天线101a的超材料110a的单元晶格的等效电路可用图5所示的等效电路表示，并且可以因此使类似于图7所示结构的谐振器小型化。
尽管图7(b)示出了具有正方形形状的导体片104以正方格子状周期性排列的状态，但是从导体片104的上层所看见的配置并不限于图7(b)所示的正方形，并且导体片104的排列方法也并不限于正方格子状。例如，可以将具有正六边形的导体片104配置成三角格子状。
图24示出了超材料110的修改例的剖视图。下面，将描述与图1所示的超材料110不同的部分。在图24(a)所示的示例中，导体片104被设置在第一介电层114上。导体元件102被设置在第二介电层124上。导体元件102设有用以贯通导体柱105的开口。同时，导体元件102仅仅设置在形成有超材料110的区域中。另外，导体面103不仅设置在形成有超材料110的区域上，而且还设置在其周围。
在图24(b)所示的示例中，示出了其中将图24(a)所示的超材料110向上翻转的结构。具体而言，导体元件102被设置在第一介电层114的其上没有设置第二介电层124的表面上。另外，导体面103被设置在第一介电层114的其上设有第二介电层124的表面上。另外，导体片104被设置在第二介电层124的没有面向第一介电层114的表面上。另外，导体元件102并未设置开口，同时，导体面103设有开口。导体柱105贯通设置在导体面103中的开口，并且使导体元件102和导体片104彼此连接。
同时，在图24(a)及图24(b)所示的示例中，并不要求将导体片104设置在天线的衬底的最外侧表面中。另外，尽管在图24的各个附图中，将通孔用作导体柱105，但是可以使用其它结构，例如将互连结构设置在其间的构造。
(第二实施例)
为了进一步实现谐振器的小型化，也可以引入平面型电感元件109。由于平面型电感元件109的存在，根据本发明第二实施例的谐振天线201中所使用的超材料210与根据本发明第一实施例的谐振天线101中所使用的超材料110相比，图5中所示的每个单元晶格的等效电路中的电感L显著增大，并且串联谐振电路111的串联谐振频率增加。结果，由于阻带向低频侧移动，所以在最低频率侧出现的通带中的相位速度降低，并且可以时谐振器小型化。
图11根据本发明实施例的谐振天线201的剖视图。与图7(a)所示的根据本发明第一实施例的谐振天线101的剖视图相比，根据本发明第二实施例的谐振天线201与根据本发明第一实施例的谐振天线101的不同之处在于，导体面103周期性地设有开口108以及岛状电极117，并且平面型电感元件109设置在每个开口108内。
图12(a)示出了构成根据本发明第二实施例的谐振天线201的导体面103的配置的谐振器112内侧配置的俯视图。此外，图12(b)示出了构成图12(a)中的单元晶格107的导体面103的各个构件的分解俯视图。
如图12(a)所示，由互连状导体形成平面型电感元件109、岛状电极117以及导体面103作为连续的图案形成在同一导体层上。第一端子119和岛状电极117彼此连接，其中第一端子119是存在于平面型电感元件109中的两个端子之一，并且第二端子129和具有开口的导体面103彼此连接，其中第二端子129是存在于平面型电感元件109中的两个端子的另一者。
另一方面，岛状电极117和各个导体片104通过导体柱105彼此电连接。因此，导体片104和导体面103通过导体柱105、岛状电极117和平面型电感元件109彼此电连接。
以此方式，导体面103、平面型电感元件109和岛状电极117形成在同一导体层中并被图案化，因此可以在不使导体柱变长的情况下增加电感L。因此，可以实现谐振器112的薄型化和小型化。另外，可以在不增加导体层数目的情况下增加电感L，并且可以减小制造成本。
在此，尽管图12(a)及图12(b)示出了平面型电感元件109由环形线圈109a形成的状态，但是也可以通过将除了环形线圈109a以外的虚线形导体互连结构用作平面型电感元件109，以增加电感L。图13(a)示出当将螺旋形线圈109b用作平面型电感元件109时，谐振器112内侧的导体面103的层配置的俯视图，图13(b)示出了当将曲折形线圈109c用作平面型电感元件109时的上述配置的俯视图，并且图13(c)示出了当将直线形线圈109d用作平面型电感元件109时的上述配置的俯视图。可以使用具有除了本文所述形状以外的形状的虚线形导体互连结构。
同时，当透过上表面观看根据本发明第二实施例的谐振天线201时，导体元件102所占据的区域相当于谐振器112，并且导体片104被周期性地配置在导体元件102所占据的区域内。
从导体片104的上表面所看见的配置并不限于图7(b)所示的正方形，并且导体片104的排列方法并不限于正方格子状。例如，可以将具有正六边形的导体片104配置成三角格子状。
图25示出了超材料210的修改例的剖视图。下面，将描述与图11所示的超材料210不同的部分。在图25(a)所示的示例中，设置导体元件102的层和设置导体片104的层可以彼此互换。也就是说，导体元件102被设置在第一介电层114的面向第二介电层124的表面上，并且导体片104被设置在第一介电层114的没有面向第二介电层124的表面上。导体元件102设有用以贯通导体柱115的开口。
在图25(b)所示的示例中，设置导体片104的层和设置平面型电感元件109的层相对于图25(a)所示的示例彼此互换。也就是说，导体片104被设置在第二介电层124的没有面向第一介电层114的表面上。另外，平面型电感元件109被设置在第一介电层114的没有面向第二介电层124的表面上。另外，岛状电极117被设置在第一介电层114上。
(第三实施例)
也可以将平面型电感元件设置在远离导体面的导体层中。图14示出了根据本发明第三实施例的谐振天线301的剖视图。根据本发明第三实施例的谐振天线301中所使用的超材料310由四个导体层构成。由此，根据本发明第三实施例的谐振天线301也可以由四个导体层，即设有导体元件102(天线元件)的层、其中形成有导体片104的周期阵列的层、周期性地设置开口108的导体面103的层和其中形成有平面型电感元件109的层构成。
第一介电层114被夹置在其中设有导体元件102的层与其中形成有导体片104的周期阵列的层之间，第二介电层124被夹置在其中形成有导体片104的周期阵列的层的导体面103的层之间，第三介电层134被进一步夹置在导体面103的层与其中形成有平面型电感元件109的层之间。
岛状电极117被设置在导体面103的各个开口108内，并且导体面103和岛状电极117形成在同一导体层中。图15是示出了超材料310的每个单元晶格中的导体面103的层配置的俯视图。平面型电感元件109形成在远离导体面103层的层中。因此，与图12(a)所示的根据本发明第二实施例相比，图15示出了移除环形线圈109a之后的配置。
如图14所示，各个导体片104分别通过第一导体柱115电连接至岛状电极117。此外，岛状电极117通过第二导体柱125电连接至第一端子119，其是在形成于图14中的最下层中的平面型电感元件109中存在的两个端子中的一个。此外，作为在平面型电感元件109中存在的两个端子中的另一个的第二端子129与具有开口的导体面103通过第三导体柱135彼此相连。
以此方式，将平面型电感元件109形成在远离导体面103的层中，由此可以在增加导体层数目的同时，使线圈变长，并且可以增加电感L。
可以将环形线圈109a、螺旋形线圈109b、曲折形线圈109c和具有其它形状的虚线形导体互连结构等用作为平面型电感元件109。
同时，当透过上表面观看根据本发明第三实施了的谐振天线301时，导体元件102所占据的区域相当于谐振器112，并且导体片104被周期性地配置在导体元件102所占据的区域内。
从导体片104的上表面所看见的配置并不限于图7(b)所示的正方形，并且导体片104的排列方法并不限于正方格子状。例如，可以将具有正六边形的导体片104配置成三角格子状。
图26示出了超材料310的修改例的剖视图。下面，将描述与图14所示的超材料310不同的部分。在图26(a)所示的示例中，设置导体元件102的层和设置导体片104的层可以彼此互换。也就是说，导体元件102被设置在第一介电层114的面向第二介电层124的表面上，并且导体片104被设置在第一介电层114的没有面向第二介电层124的表面上。导体元件102设有用以贯通第一导体柱115的开口。
在图26(b)所示的示例中，设置导体片104的层和设置平面型电感元件109的层相对于图26(a)所示的示例而彼此互换。也就是说，导体片104被设置在第三介电层134的没有面向第二介电层124的表面上。另外，平面型电感元件109被设置在第一介电层114的没有面向第二介电层124的表面上。第二导体柱125和第三导体柱135被设置在第一介电层114中。另外，岛状电极117被设置在导体元件102的开口中。
(第四实施例)
在根据本发明第一至第三实施例的谐振天线中，尽管形成了其中导体元件102(天线元件)没有被电连接到导体柱105的结构，但是可以通过向上翻转谐振器112的层构造来形成其中导体元件102被连接到导体柱105的结构。同时，每个单元晶格中的等效电路完全等同于图5所示的等效电路，只要颠倒翻转谐振器112内部的超材料的层构造即可。
图16(a)示出了根据本发明第四实施例的谐振器401a的剖视图，其中在谐振器401a中，使用了构成根据本发明第一实施例的谐振天线101的超材料110。在根据本发明第四实施例的谐振天线401a中，构成超材料110的导体片104通过导体柱105电连接到导体元件102。也就是说，导体柱105的连接方法不同于根据第一实施例的谐振天线101中的导体柱105的连接方法。但是，当用等效电路来表示时，两者完全等同。
图16(b)示出了根据本发明第四实施例的谐振器401b的剖视图，其中在谐振器401b中，使用了构成根据本发明第一实施例的谐振天线101的超材料110。在根据本发明第四实施例的谐振天线401b中，构成超材料110a的导体片104通过通孔105a电连接到导体元件102。另外，谐振器112内部的导体面103在通孔105a周围设有开口108，使得导体面103和通孔105a不会彼此电连接。也就是说，通孔105a的连接方法不同于根据第一实施例的谐振天线101a中的通孔105a的连接方法。但是，当用等效电路来表示时，两者完全等同。
图16(c)示出了根据本发明第四实施例的谐振器401c的剖视图，其中在谐振器401c中，使用了构成根据本发明第二实施例的谐振天线201的超材料210。在根据本发明第四实施例的谐振天线401c中，导体元件102周期性地设有开口108，并且岛状电极117和平面型电感元件109被设置在各个开口108内。当从上表面观看谐振器112内的导体元件102时，其配置与当从上表面观看时，图12(a)及图13(a)至图13(c)所示的根据第二实施例的谐振器112所包围的区域内的导体面的配置相同。导体片104通过导体柱105电连接到岛状电极117。
其中开口108、岛状电极117和平面型电感元件109没有配置在导体面103层中，而是配置在导体元件102层中的构造不同于根据第二实施例的谐振天线201的构造，但是当用等效电路来表示时，两者完全等同。
图16(d)示出了根据本发明第四实施例的谐振器401d的剖视图，其中在谐振器401d中，使用了构成根据本发明第三实施例的谐振天线301的超材料310。在根据本发明第四实施例的谐振天线401d中，第一介电层114被夹置在设置平面型电感元件109的层与设置导体元件102的层之间，第二介电层124被夹置在导体元件102与其中形成有导体片104的周期阵列的层之间，并且第三介电层134被夹置其中形成有导体片104的周期阵列的层与导体面103层之间。另外，岛状电极117被设置在导体元件102的各个开口108内，并且导体元件102和岛状电极117形成在同一导体层中。
其中开口108和岛状电极117并未配置在导体面103层中，而是设置在导体元件102层中的构造，以及层压各个导体层的次序不同于根据第三实施例的谐振天线301的构造和次序，但是当用等效电路来表示时，两者完全等同。
同时，从导体片104的上表面所看见的配置并不限于图7(b)所示的正方形，并且导体片104的排列方法并不限于正方格子状。例如，可以将具有正六边形的导体片104配置成三角格子状。
图17(a)示出了根据第五实施例的天线的构造，并且图17(b)示出了沿图17(a)的线A-A的剖视图。该天线为谐振型天线，并且构成了使用第一实施例所示的超材料110的谐振器。
在本实施例中，该天线的馈电线106与导体元件102被设置在同一层中，并且电容耦合至导体元件102。馈电线106具有辅助图案。该辅助图案被设置在面向导体元件102的部分中。同时，可以通过除电容耦合以外的方法将馈电线106耦合至导体元件102。例如，可以将馈电线106直接连接到导体元件102。
另外，也可将导体面103设置在馈电线106下方。微带线由馈电线106和导体面103构成。
根据本实施，由于使用了图1所示的超材料110，所以可以使天线小型化。另外，由于可以将馈电线106和设置并电容耦合导体元件102的层设置在同一层中，所以天线的结构得以简化。同时，超材料的结构并不限于附图中所示的示例，并且可以使用例如图9、图11、图14和图15中所示的超材料。
图18(a)示出了根据第六实施例的天线构造的俯视图，并且图18(b)示出了沿图18(a)的线A-A的剖视图。该天线具有和根据第五实施例的天线相同的构造，除了同轴电缆16和馈电线6被设置在馈电线106的位置中之外。同轴电缆16的内导体通过馈电线6连接到导体元件102。具体而言，导体面103设有开口，并且同轴电缆16被安装在该开口中。同轴电缆16的内导体通过馈电线6连接到导体元件102，其中馈电线6具有设置在与该开口重合的区域中的通孔。另外，同轴电缆16的外导体被连接到导体面103。
由于使用了图1所示的超材料110，所以可以使天线小型化。同时，超材料的结构并不限于附图中所示的示例，并且可以使用例如图9、图11、图14和图15中所示的超材料。
图19示出了根据第七实施例的天线构造的俯视图。该天线具有和根据第五实施例的天线构造相同的构造，除了下列方面。首先，通过单元晶格107的配置所表示的格子具有格子缺陷。该格子缺陷位于格子中的连接馈电线106的边的中心。馈电线106通过该格子缺陷延伸，并且从最外周被电容耦合至构成内侧单元晶格107的导体元件102。同时，可以通过除电容耦合以外的方法将馈电线106耦合至导体元件102。例如，可以将馈电线106直接连接到导体元件102。
在本实施例中也可以得到与第五实施相同的效果。另外，可以通过调节格子缺陷的位置和数目来调节天线的输入阻抗。同时，超材料的结构并不限于附图中所示的示例，并且可以使用例如图9、图11、图14和图15中所示的超材料。
图20及图21示出了根据第八实施例的天线构造的俯视图。该天线构造具有和根据第五实施例的天线构造相同的构造，除了超材料由单元晶格107的一维配置形成以外。
在图20(a)所示的示例中，导体片104呈矩形。单元晶格107沿直线配置。馈电线106面向导体片104的长边。另外，在图20(b)所示的示例中，该结构由一个单元晶格107形成。
另外，在图21所示的示例中，单元晶格107沿具有弯曲部分的线配置。
在本实施例中也可以得到与第五实施相同的效果。同时，超材料的结构并不限于附图中所示的示例，并且可以使用例如图9、图11、图14和图15中所示的超材料。
图22示出了根据第九实施例的天线构造的俯视图。除了以下方面，该天线具有和根据第五实施例的天线构造相同的构造。首先，多个导体片104，即单元晶格107二维地周期性排列，以形成矩形格子。具体而言，单元晶格107呈矩形，并且形成该矩形长边的单元晶格107的数目大于形成该矩形短边的单元晶格107的数目。第一馈电线106a被电容耦合至位于导体元件102中的格子短边处的部分。此外，第二馈电线106b被电容耦合至位于导体元件102中的格子长边处的部分。同时，可以通过除了电容耦合以外的方法将馈电线106耦合至导体元件102。例如，可以将馈电线106直接连接到导体元件102。
在本实施例中也可以得到与第五实施相同的效果。另外，单元晶格107可以被二维地周期性排列，以形成矩形格子，并且第一馈电线106a和第二馈电线106b分别被电容耦合至该格子的短边和长边。在该天线的谐振器中，沿矩形短边方向的谐振频率与沿矩形长边方向的谐振频率彼此不同。由此，可以形成双频带天线。同时，超材料的结构并不限于附图中所示的示例，并且可以使用例如图9、图11、图14和图15中所示的超材料。
图23示出了根据第十实施例的天线构造的俯视图。该天线具有和根据第九实施例的天线相同的构造，除了单元晶格107，即导体片104被形成为矩形，并且该矩形格子通过将形成该矩形各边的单元晶格107的数目设定为彼此相等而形成以外。
甚至在本实施例中，穿过该格子的长边方向传播的电磁波的色散曲线和穿过该格子的短边方向传播的电磁波的色散曲线彼此不同。由此，可以形成双频带天线。同时，超材料的结构并不限于附图中所示的示例，并且可以使用例如图9、图11、图14和图15中所示的超材料。
本申请要求2009年3月30日提出的日本专利申请No.2009-081858的优先权，在此通过引用将其内容包含在本说明书中。
标号和符号的描述
1a：片状天线
2、102：导体元件
3、103：导体面
4、104：导体片
5、105：导体柱
6、106、106a、106b：馈电线
10：蘑菇型周期结构
11：片状天线
12、112：谐振器
14：介电层
16：同轴电缆
21：线状天线
101、101a、201、301、401a、401b、401c、401d：谐振天线
105a：通孔
107、107a：单元晶格
108：开口
109：平面型电感元件
109a：环形线圈
109b：螺旋形线圈
109c：曲折形线圈
109d：直线形互连结构
110、110a、210、310：超材料
111：串联谐振电路
113：第一导体面
114：第一介电层
115：第一导体柱
117：岛状电极
119：第一端子
123：第二导体面
124：第二介电层
125：第二导体柱
129：第二端子
134：第三介电层
135：第三导体柱

Claims (10)

1.一种谐振天线，其包括：
第一导体；
第二导体，所述第二导体的至少一部分面向所述第一导体；
第三导体，所述第三导体被重复配置在所述第一导体与所述第二导体之间；
馈电线，所述馈电线被电连接到所述第一导体或者所述第二导体；以及
第一连接部分，所述第一连接部分使所述导体片和所述第一导体彼此电连接。
2.根据权利要求1所述的谐振天线，还包括：
开口，所述开口被重复设置在所述第一导体中；
岛状电极，所述岛状电极被设置在每一个所述开口中；以及
电感元件，所述电感元件使所述岛状电极和所述第一导体彼此电连接，
其中所述第一连接部分使所述第三导体和所述岛状电极彼此电连接。
3.根据权利要求2所述的谐振天线，其中所述电感元件为平面型电感元件，
所述平面型电感元件和所述岛状电极形成在与具有所述开口的所述第一导体相同的导体层中，
包括在所述平面型电感元件中的一个端子被连接到具有所述开口的所述第一导体，并且
包括在所述平面型电感元件中的另一端子被连接到所述岛状电极。
4.根据权利要求2所述的谐振天线，还包括：
导体层，在所述导体层中形成有所述电感元件；
第二连接部件，所述第二连接部件使包括在所述电感元件的一个端子和所述岛状电极彼此连接；以及
第三连接部件，所述第三连接部件使包括在所述电感元件中的另一端子和具有所述开口所述第一导体电连接。
5.根据权利要求4所述的谐振天线，其中所述电感元件为平面型电感元件。
6.根据权利要求2或者5所述的谐振天线，其中使用互连状导体作为所述电感元件。
7.根据权利要求2至6任一项所述的谐振天线，其中所述电感元件为曲折形线圈、环形线圈或者螺旋形线圈。
8.根据权利要求1至7任一项所述的谐振天线，其中当透过上表面观看所述第一导体和所述第二导体时，所述第三导体被重复配置在由所述第一导体和所述第二导体占据的区域内。
9.根据权利要求1至8任一项所述的谐振天线，其中多个所述第三导体被二维地周期性配置以形成矩形格子，并且包括
第一馈电线，所述第一馈电线被电连接到位于所述格子短边上的所述第一导体或所述第二导体，以及
第二馈电线，所述第二馈电线被电连接到位于所述格子长边上的所述第一导体或所述第二导体。
10.根据权利要求1至8任一项所述的谐振天线，其中多个所述第一导体呈矩形，并且被二维地周期性配置以形成格子，并且包括
第一馈电线，所述第一馈电线被电连接到位于所述格子的第一边上的所述第一导体或所述第二导体，以及
第二馈电线，所述第二馈电线被电连接到位于所述格子的与所述第一边相交的第二边上的所述第一导体或所述第二导体。
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