CN102891358B - 一种射频天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射频天线，所述射频天线包括多面体结构和附着在多面体结构上的多个超材料射频天线，每个超材料射频天线包括附着介质、馈线、设置在附着介质一表面的金属片，所述馈线通过耦合方式馈入所述金属片，所述金属片上镂空有微槽结构。根据本发明的射频天线，多面体的侧面设置有多个超材料射频天线，使得多面体各个侧面上的超材料射频天线可以独立覆盖特定的区域，通过设计各个超材料射频天线的方向性特征、增益等，可以实现一定空间或全空间较好的信号覆盖，能够较大提高射频天线的整体辐射效率。

Description

一种射频天线

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种射频天线。

背景技术

随着半导体工艺的高度发展，对当今的电子系统集成度提出了越来越高的要求，器件的小型化成为了整个产业非常关注的技术问题。然而，不同于IC芯片遵循“摩尔定律”的发展，作为电子系统的另外重要组成——射频模块，却面临着器件小型化的高难度技术挑战。射频模块主要包括了混频、功放、滤波、射频信号传输、匹配网络与天线等主要器件。其中，天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。然而天线的尺寸、带宽、增益等重要指标却受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。

同时，随着现代电子系统的复杂化，多模服务的需求在无线通信、无线接入、卫星通信、无线数据网络等系统中变得越来越重要。而多模服务的需求进一步增大了小型化天线多模设计的复杂度。除去小型化的技术挑战，天线的多模阻抗匹配也成为了天线技术的瓶颈。另一方面，多输入多输出系统(MIMO)在无线通信、无线数据服务领域的高速发展更进一步苛刻地要求了天线尺寸的小型化并同时保证良好的隔离度、辐射性能以及抗干扰能力。然而，传统的终端通信天线主要基于电单极子或偶极子的辐射原理进行设计，比如最常用的平面反F天线(PIFA)。传统天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线的设计通常需要半波长的物理长度。在一些更为复杂的电子系统中，天线需要多模工作，就需要在馈入天线前额外的阻抗匹配网络设计。但阻抗匹配网络额外的增加了电子系统的馈线设计、增大了射频系统的面积同时匹配网络还引入了不少的能量损耗，很难满足低功耗的系统设计要求。因此，小型化、多模式的新型天线技术成为了当代电子集成系统的一个重要技术瓶颈。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述宽带多模、小体积、低工作频率、高辐射效率等缺陷，提供一种射频天线。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种射频天线，所述射频天线包括多面体结构和附着在多面体结构的表面上的多个超材料射频天线，每个超材料射频天线包括附着介质、馈线、设置在附着介质一表面的金属片，所述馈线通过耦合方式馈入所述金属片，所述金属片上形成有微槽结构，其中，所述多面体结构为中空结构或实体结构。

进一步地，所述多个超材料射频天线设置在多面体结构的每一个侧面上。

进一步地，所述多面体结构为四面体结构、六面体结构或八面体结构。

进一步地，所述金属片为铜片或银片。

进一步地，所述微槽结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻形成在附着介质上。

进一步地，所述附着介质为陶瓷基板、环氧树脂基板或聚四氟乙烯基板。

进一步地，所述附着介质为多面体。

进一步地，所述每个超材料射频天线的馈线相互连接，并一起连接到基带信号处理器上。

进一步地，所述微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合、组合或组阵得到的结构。

根据本发明的射频天线，多面体的侧面设置有多个超材料射频天线，使得多面体各个侧面上的超材料射频天线可以独立覆盖特定的区域，通过设计各个超材料射频天线的方向性特征、增益等，可以实现一定空间或全空间较好的信号覆盖，能够较大提高射频天线的整体辐射效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为第一种形式的超材料射频天线的结构示意图；

图2为第二种形式的超材料射频天线的结构示意图；

图3a为互补式开口谐振环结构的示意图；

图3b所示为互补式螺旋线结构的示意图；

图3c所示为开口螺旋环结构的示意图；

图3d所示为双开口螺旋环结构的示意图；

图3e所示为互补式弯折线结构的示意图；

图4a为图3a所示的互补式开口谐振环结构其几何形状衍生示意图；

图4b为图3a所示的互补式开口谐振环结构其扩展衍生示意图；

图5a为三个图3a所示的互补式开口谐振环结构的复合后的结构示意图；

图5b为两个图3a所示的互补式开口谐振环结构与图3b所示为互补式螺旋线结构的复合示意图；

图6为四个图3a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图；

图7为本发明射频天线的结构示意图。

具体实施方式

如图1至7所示，根据本发明的射频天线，该射频天线包括多面体结构201和附着在多面体结构上的多个超材料射频天线100，其中，组成多面体结构的材料可以是陶瓷、环氧树脂基板或聚四氟乙烯，多面体结构201可以是中空结构也可以是实体结构；每个超材料射频天线100包括附着介质、馈线、设置在附着介质一表面的金属片，所述馈线通过耦合方式馈入所述金属片，所述金属片上镂空有微槽结构。优选地，所述多个超材料射频天线100设置在多面体结构201的每一个侧面上。所述多面体结构可以是四面体结构、六面体结构或八面体结构。多面体结构的每一个侧面至少具有一个超材料射频天线100。所述每个超材料射频天线100的馈线相互连接，并一起连接到基带信号处理器上。

本发明中，超材料射频天线100的附着介质可以是如图1至2所述的陶瓷基板、环氧树脂基板或聚四氟乙烯基板。当然也可以是多面体结构201本身，如图7所示，即金属片4及馈线2直接设置在多面体结构201的侧面上，这样有利于节省成本。

各附图中，金属片4上画剖面线的部分为金属部分，金属片4上的空白部分(镂空的部分)表示微槽结构。另外，馈线也用剖面线表示。

在图1及图2中，馈线2围绕金属片4设置以实现信号耦合。另外金属片4与馈线2可以接触，也可以不接触。当金属片4与馈线2接触时，馈线2与金属片4之间感性耦合；当金属片4与馈线2不接触时，馈线2与金属片4之间容性耦合。

本发明中的所述微槽结构可以是图3a所示的互补式开口谐振环结构、图3b所示的互补式螺旋线结构、图3c所示的开口螺旋环结构、图3d所示的双开口螺旋环结构、图3e所示的互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到的微槽结构。衍生分为两种，一种是几何形状衍生，另一种是扩展衍生，此处的几何形状衍生是指功能类似、形状不同的结构衍生，例如由方框类结构衍生到曲线类结构、三角形类结构及其它不同的多边形类结构；此处的扩展衍生即在图3a至图3e的基础上开设新的槽以形成新的微槽结构；以图3a所示的互补式开口谐振环结构为例，图4a为其几何形状衍生示意图，图4b为其几何形状衍生示意图。此处的复合是指，图3a至图3e的微槽结构多个叠加形成一个新的微槽结构，如图5a所示，为三个图3a所示的互补式开口谐振环结构复合后的结构示意图；如图5b所示，为两个图3a所示的互补式开口谐振环结构与图3b所示为互补式螺旋线结构共同复合后的结构示意图。此处的组阵是指由多个图3a至图3e所示的微槽结构在同一金属片上阵列形成一个整体的微槽结构，如图6所示，为多个如图3a所示的互补式开口谐振环结构组阵后的结构示意图。以下均以图3c所示的开口螺旋环结构为例阐述本发明。

如图1所示，为本发明第一种形式的超材料射频天线的结构示意图，本实施例中，超材料射频天线100包括附着介质1、设置在附着介质1上的金属片4以及与金属片4容性耦合的馈线2，所述金属片4上形成有微槽结构41。此种结构的超材料射频天线结构简单，制造加工难度低。

本实施例中，所述微槽结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻设置在附着介质上。所述附着介质为陶瓷基板、环氧树脂基板或聚四氟乙烯基板。

本实施例中，金属片为铜片或银片。优选为铜片，价格低廉，导电性能好。

本实施例中，馈线选用与金属片同样的材料制成。优选为铜。

如图2所示，为本发明第一种形式的超材料射频天线的结构示意图，本实施例中，超材料射频天线100包括附着介质1、设置在附着介质1上的金属片4以及与金属片4容性耦合的馈线2，所述金属片4上形成有非对称的第一微槽结构41及第二微槽结构42。在金属片上形成不对称的第一微槽结构及第二微槽结构，因此能够很容易地产生多个谐振点，且谐振点不易抵消，很容易实现多模谐振。

上文所说的“非对称的第一微槽结构41与第二微槽结构42”是指，第一微槽结构41与第二微槽结构42两者不构成轴对称结构。换句话说，即在a表面找不到一根对称轴，使得第一微槽结构41与第二微槽结构42相对该对称轴对称设置。

本实施列中，第一微槽结构41与第二微槽结构42结构非对称，因此两个位置上的电容与电感会有所不同，从而产生至少两个不同的谐振点，而且谐振点不易抵消，有利于实现天线丰富的多模化。

本发明的第一微槽结构41与第二微槽结构42的结构形式可以一样，也可以不一样。并且第一微槽结构41与第二微槽结构42的非对称程度可以根据需要调节。从而实现丰富的可调节的多模谐振。

本实施例中，所述微槽结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻设置在附着介质上。所述附着介质为陶瓷基板、环氧树脂基板或聚四氟乙烯基板。

本实施例中，金属片为铜片或银片。优选为铜片，价格低廉，导电性能好。

本实施例中，馈线选用与金属片同样的材料制成。优选为铜。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种射频天线，其特征在于，所述射频天线包括多面体结构和附着在多面体结构的表面上的多个超材料射频天线，每个超材料射频天线包括附着介质、馈线、设置在附着介质一表面的金属片，所述馈线通过耦合方式馈入所述金属片，所述金属片上形成有微槽结构，

其中，所述多面体结构为中空结构或实体结构，所述多个超材料射频天线及各自的馈线设置在多面体结构的多个侧面上，并且所述多个超材料射频天线的馈线相互连接。

2.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，所述多面体结构为四面体结构、六面体结构或八面体结构。

3.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，所述金属片为铜片或银片。

4.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，所述微槽结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻设置在附着介质上。

5.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，所述附着介质为陶瓷基板、环氧树脂基板或聚四氟乙烯基板。

6.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，所述附着介质为所述多面体结构。

7.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，所述多个超材料射频天线的馈线一起连接到基带信号处理器上。

8.根据权利要求1所述的射频天线，其特征在于，所述微槽结构为互补式开口谐振环结构、互补式螺旋线结构、开口螺旋环结构、双开口螺旋环结构以及互补式弯折线结构中的一种或者是通过前面几种结构衍生、复合、组合或组阵得到的结构。