CN106463834A - 贴片天线、制造和使用此天线的方法和天线系统 - Google Patents

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CN106463834A CN201580025778.0A CN201580025778A CN106463834A CN 106463834 A CN106463834 A CN 106463834A CN 201580025778 A CN201580025778 A CN 201580025778A CN 106463834 A CN106463834 A CN 106463834A
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Abstract

本发明涉及一种贴片天线。本发明还涉及一种包括根据本发明的至少一个天线的用于发射和接收电磁信号的天线系统。本发明进一步涉及一种制造根据本发明的天线的方法。此外，本发明涉及一种用于通过使用根据本发明的天线在无线通信中使用的方法。另外，本发明涉及一种包括根据本发明的至少一个天线的无线通信装置的RF收发器。本发明进一步涉及一种包括根据本发明的RF收发器的电子装置。

Description

贴片天线、制造和使用此天线的方法和天线系统
技术领域
本发明涉及一种贴片天线。本发明还涉及一种包括根据本发明的至少一个天线的用于发射和接收电磁信号的天线系统。本发明进一步涉及一种制造根据本发明的天线的方法。此外，本发明涉及一种用于通过使用根据本发明的天线在无线通信中使用的方法。另外，本发明涉及一种包括根据本发明的至少一个天线的无线通信装置的RF收发器。本发明进一步涉及一种包括根据本发明的RF收发器的电子装置。
背景技术
本发明改善在2009年11月17日颁发给本发明人约翰·吉利斯(Johan Gielis)的美国专利第7,620,527号中揭示的标的物，所述专利的全部内容以引用的方式并入本文中，如同在本文中充分叙述一般。此外，本发明还通过引用的方式并有在2010年6月21日申请的约翰·吉利斯的标题为“计算机实施的工具箱(Computer Implemented Tool Box)”的美国临时申请案第61/356,836号的全部揭示内容，所述临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中，如同在本文中充分叙述一般。此外，本申请案还通过引用的方式并有在2011年6月22申请的约翰·吉利斯的标题为“计算机实施的工具箱(Computer Implemented ToolBox)”的美国专利申请案第13/165,240号的全部揭示内容，所述专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中，如同在本文中充分叙述一般。
'527专利描述了系统和方法，通过使用以新颖数学公式编程的计算机通过所述系统和方法来合成、调制和/或分析图案(例如，图像、例如声的波形、电磁波或其它信号等)。所述公式可用以形成多种形状、波形和其它表示。所述公式大大增强计算机操作的能力并且提供计算机存储器中的大量节省和计算能力方面的大量增大。
'527专利的几何概念对于建模和对于解释某些自然形状和形式实际上生长的原因是有用的。如在'527专利中所解释，其中的发明人发现，包含圆形和多边形的多数几何形式和规则形状可如以下公式的特殊认识来描述：
'527专利解释可利用此公式和其表示的方式，例如，在图案(即，包含(例如)图像图案和例如电磁(例如，电、光等)、声和其它波形或信号图案的波形)和类似者的“合成”和“分析”两者中。
为了合成各种图案，此等式中的参数可以进行修改，使得可合成多种图案。值得注意地，出现在以上等式中的参数可加以调节。通过调节或调制旋转对称(m)、指数(n1-n3)和/或短轴和长轴(a、b)的数目，可以在二维和三维空间中形成广泛多种天然的、人造的和抽象的形状。
在'527专利的图1中，展示示意图，其展示各种组件，所述组件可包含在用于用超公式运算符进行的图案的合成和/或图案的分析的各种实施例中。如在'527专利中所描述，根据第一方面，出于参看所述图1的说明性目的，可通过应用以下示范性基本步骤来“合成”形状或波：在第一步骤中，作出参数的选择(例如，通过将值输入到计算机10内，即，经由键盘20、触摸屏、鼠标指针、语音辨识装置或其它输入装置或类似者，或通过使计算机10指明值)，且使用计算机10基于参数的选择合成选定超形。在第二任选步骤中，超公式可用以调适选定形状、计算优化等。此步骤可包含以下各者的使用：图形程序(例如，2D、3D等)；CAD软件；有限元分析程序；波产生程序；或其它软件。在第三步骤中，从第一或第二步骤的输出用以将计算机化的超形变换成物理形式，例如，经由：(a)将超形31显示在监视器30上、将超形51打印在库存材料52上，例如，来自打印机50(2-D或3-D)的纸；(b)执行计算机辅助的制造(例如，通过基于步骤三的输出控制外部装置60，例如，机械、机器人等)；(c)经由扬声器系统70或类似者产生声音71；(d)执行立体光刻；(e)执行迅速原型开发；和/或(f)按此项技术中已知用于变换此类形状的另一方式利用输出。
'527专利论述了合成(例如，形状的创建)和分析(例如，形状的分析)两者。关于分析，'527专利解释：一般来说，虽然不限于此，但可通过应用以下基本步骤(相反，在合成上，这些步骤具有与前述步骤的类似性)来“分析”形状或波：在第一步骤中，可扫描图案或将其输入到计算机内(例如，按数字形式)。举例来说，可扫描物体的图像(2-D或3-D)，麦克风可接收声波，或可输入电信号(例如，波)，可输入来自计算机可读媒体(例如，CD-ROM、磁盘、内部或外部闪存驱动器等)的数据，可在线接受数据，例如，经由因特网或企业内部网等。可使用各种其它已知输入技术，例如，使用数码相机或其它相机(例如，不管是单一图片还是连续实时，等)等。[图1]说明实例，其中图像扫描器100(例如，用以扫描库存材料(例如，纸或相片)上的图像的文档扫描器，或另一扫描器装置)和/或记录器200(例如，其经由麦克风或类似者接收波形)与计算机10一起利用。在第二步骤中，图像经分析以确定超公式的参数值等。在此步骤中，被分析的信号也可加以识别、分类、比较等。在一些计算机分析情况下，计算机可包含基元的函数库或目录(例如，存储在存储器中)(例如，按参数值归类分类的超形)。在此类后者情况下，计算机接着可用以基于函数库或目录中的信息对超形进行估算、识别、分类和/或类似者。基元的目录可以用于(例如)图案或形状的第一估算。在第三任选步骤中，被分析的信号可以按需要进行调节(例如，可以类似于上文参考合成的第二一般阶段或步骤所描述那样执行操作)。在第四步骤中，可以创建输出。输出可包含：(a)提供视觉(例如，显示或印刷)或可听(例如，声音)输出；(b)控制特定装置的操作(例如，如果确定了某些条件)；(c)提供与分析的图案有关的指示(例如，将其识别、将其分类、识别优选或最优配置、识别缺陷或异常等)；(d)创建如将对所属领域的技术人员显而易见的另一形式的输出或结果。在分析中，在图案数字化之后，计算机使用某一类型的表示继续进行。如果其为化学图案，那么应该选择XY曲线图。如果其为闭合形状，那么应该选择经修改的傅立叶分析。计算机应该经调适(例如，经由软件)以提供用于表示数字化图案的等式的正确参数的估计值。
尽管'527专利阐述了在过去十年间技术上的值得注意的进展，但是发明人已出人意料地发现作为本申请案的标的物的一些值得注意的进展和改善。
发明内容
本发明的一些实施例的目标是寻找以受益方式实施以上技术的一类产品。
在本发明的优选实施例中，发明用于广泛类别的无线应用(包含Wi-Fi网络)的改善的接线天线，确切地说，接线天线。此改善的贴片天线，确切地说，贴片天线，包括：至少一个导电性贴片、至少一个导电性接地平面、与接地平面绝缘且传导性地连接到至少一个贴片的至少一个馈入连接器和用于分开至少一个补片与至少一个接地平面的至少一个介电间隔物结构，其中至少一个贴片由实质上超形的至少一个基本轮廓的至少一部分定义，其中所述超形的基本轮廓由极函数定义：
其中：
-是位于XY平面中的曲线，
-是角坐标，
-m1≠0且m2≠0，且
-其中n1、n2和n3中的至少一个不等于2。
在以上定义中，优选地，n1＝n2＝n3≠2。
尽管有所提议的天线建构起来极其简单、易于可机械加工和因此价廉的事实，但就操作带宽、最大增益(良好效率和良好方向性两者)和辐射方向图灵活性来说，其令人惊讶地大大胜过当前在无线通信中使用的天线。这些杰出的性质特别归因于贴片和/或接地平面的基本轮廓的特殊几何形状，所述基本轮廓由在科学文献中被称为超公式(或吉利斯公式)的极方程和其到三维空间的归纳来定义。超公式在J.吉利斯(J.Gielis)的以上指出的美国专利第7,620,527号中详细地解释，所述美国专利的全部揭示内容以引用的方式并入本文中。此方程式提供用于统一描述在范围从基本粒子到复杂的一般化拉梅曲线的天然和抽象形状的能力。发明的天线允许设计的增大的数目个自由度，从而朝向具有可调谐电磁特性的广泛多种辐射结构和传感器奠定基础。
事实上，根据本发明的每一贴片天线包括具有三维形状的贴片和/或接地平面，尽管有贴片与接地平面两者通常具有有限高度的事实。通过给贴片且可能还有接地平面的至少一个基本轮廓提供超形，其中每一超形的基本轮廓由根据权利要求1所述的极函数(超公式)定义，实现具有简单拓扑和独特架构的新颖紧凑的(便携式)天线，此外，具有与已知贴片天线相比杰出的性能。
优选地，在超形的贴片天线的设计中，将贴片的有效半径定义为：
其中由吉利斯等式给出：
为了达成操作的宽带，取决于天线结构，在天线的中心工作频率(fc)下，将接地平面与至少一个贴片之间的距离(hd)选择为约1/8或1/4波长，即：
其中c0为光在真空中的速度，且其中εr表示间隔物结构的介电材料的相对介电常数。为了恰当地调谐天线谐振频率，设定贴片结构的横截面尺寸，使得获得以下纵横比：
探针的位置和几何尺寸通过全波分析探索式确定。
根据本发明的贴片天线量轻、价廉且易于与伴随的电子器件集成。由于在根据本发明的天线中使用的贴片通常实质上平，因此贴片天线也常被称作平坦天线。然而，可想象，至少一个贴片且因而甚至天线具有3D几何形状，确切地说，弯曲和/或带钩，而非2D平几何形状。举例来说，可将贴片缠绕于间隔物结构，和/或因而可将天线缠绕或盘绕于物体周围。在此情况下，接地平面和空间结构两者都将具有3D几何形状。因此，根据本发明的天线可为3D天线。
由于在天线中使用的至少一个贴片通常印刷(或以其它方式沉积)在间隔物结构上，因此，贴片天线还常被称作印刷天线。然而，可想到，天线的一或多个补片是预制造的，且随后附接到间隔物结构，例如，通过胶合或机械夹持。
根据本发明的贴片天线优选地包括多个补片，其中的每一个优选地连接到单独的馈入连接器。因而，可使贴片天线进一步适宜于最有利的配置(就增益和辐射方向图来说)。就施加的电压以及其时序来说，单独的馈入连接器允许补片之间区别。此外，优选地，按距彼此一段距离定位根据本发明的贴片天线的多个贴片。
优选地，在根据本发明的贴片天线中，每一贴片具有实质上超形的基本轮廓。这进一步总体上增强贴片对贴片天线的有益影响。
在根据本发明的贴片天线的再一优选实施例中，其包括充当主要贴片的连接到馈入连接器的至少一个贴片，其中所述贴片天线进一步包括距所述主要贴片一段距离定位的至少一个次要贴片，使得主要贴片和次要贴片被配置以与另一者电磁性地相互作用。在此配置中，经由连接器馈入启动主要贴片将通过谐振建立次要贴片的随后启动。因为每一贴片具有其自身截然不同的电磁特性，所以贴片天线能够在两个不同频率下发射和接收(双频段能力)。
当至少一个主要贴片与至少一个次要贴片的集合具有实质上超形的组合基本轮廓时，根据本发明的贴片天线的以上双频段能力被进一步增强。以上已经解释超形对贴片天线的贡献。
根据本发明的具有双频段能力的贴片天线包括(按另外偏好)由至少一个槽相互分开的至少一个主要贴片和至少一个次要贴片，其中所述至少一个槽具有实质上超形的基本轮廓。已发现，槽的超形的基本轮廓进一步增强贴片天线的有利特征。主要贴片和次要贴片中的至少一个且优选地两个具有实质上超形(通过使用超公式)的基本轮廓。然而，还可想象，主要贴片与次要贴片的组合件具有实质上超形(通过使用超公式)的(总体)基本轮廓。此外，根据本发明的具有双频段能力的贴片天线优选地包括由至少一个槽相互分开的至少一个主要贴片和至少一个次要贴片，所述槽具有实质上恒定宽度，优选地，在4mm直到6mm的范围中。实验已展示贴片天线的频率响应取决于间隙宽度。用于在两个频带中非常好地操作的贴片天线的最佳间隙宽度的一个实例为5毫米。
根据本发明的具有双频段能力的贴片天线的优选实施例包括至少部分围封至少一个次要贴片的至少一个主要贴片。
根据本发明的具有双频段能力的贴片天线的特殊优选实施例包括至少部分(优选地，完全)围封至少一个主要贴片的至少一个次要贴片。对于此贴片配置，辐射效率和增益非常高。
优选地，根据本发明的贴片天线含有具备至少一个切开的至少一个贴片。以此方式，可使贴片天线适宜于就增益、辐射效率和可能多个频率能力来说的具体要求。
有利地，根据本发明的贴片天线包括间隔物结构，所述间隔物结构包括衬底，所述衬底包括至少一个介电衬底层，所述衬底定位于接地平面与至少一个贴片之间。就生产贴片天线来说，以及就贴片天线的耐久性和小型化来说，此结构装配最方便。在特定有利实施例中，介电衬底层成为印刷电路板(PCB)的部分，具有与以上相同的优势。介电间隔物结构且确切地说至少一个衬底层也可由例如玻璃的其它介电材料制成，确切地说，(可购自康宁有限公司的清透、低热膨胀硼硅玻璃)、晶体、硅石(二氧化矽)、铁电介电材料、液晶、至少一种聚合物(确切地说，聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚酰亚胺(PI)、生物塑料(从例如蔬菜脂肪和油、玉米淀粉、豌豆淀粉或微生物丛的可再生生命体源得出的塑料)或氟塑料)和/或金属氧化物(确切地说，氧化钛、氧化铝、氧化钡或氧化锶)。确切地说，本申请案将通常从财务视角和从设计视角两者来准备。聚合物相对价廉并且此外易于使用常规的模制、挤压和/或热成形技术成形，并且甚至可以通过提供显著的设计自由度的3D打印的方式成形。在此情况下，在一些实施例中，某人可以应用包括壳的间隔物结构，所述壳至少部分由围封至少一个内部空间的至少一种玻璃、晶体和/或至少一种聚合物制成，所述内部空间至少部分填充有流体，优选地，空气或脱矿质水(充当电介质)。空气和水的应用将减少所使用的其它材料的量，这将进一步减少间隔物结构的成本价和因此根据本发明的天线的成本价。还可想象，间隔物结构的至少一部分具有用于支撑接地平面和携载至少一个贴片的实质上U形结构，其中气隙坐落于接地平面与至少一个贴片之间。仅空气的存在还将充当电介质。倘若中间衬底将用作间隔物结构的部分，所述衬底坐落于接地平面与至少一个贴片之间，那么所述衬底可由多个衬底层(例如，核心层、吸收层、反射层等)的层压物组成。通过构成多个层的衬底，可更易于优化总体性质。
在根据本发明的贴片天线的优选实施例中，极函数中的参数m满足条件m≥1。此参数条件导致包含锐边缘的贴片的非常规对称形状，如果与圆柱形贴片(m＝0)的情况相比，那么这导致更对称的空间功率密度分布。以此方式，电磁辐射可以在多个聚焦方向上进行辐射。锐边缘的存在未必会降低优选天线的辐射效率。再一优选边界条件为a≠b。并且，这些边界条件导致非常规成形的贴片，确切地说，当n1为大致0.5、n2为大致1.0且n3为大致1.0时。
在根据本发明的贴片天线的再一优选实施例中，至少一个贴片具有关于x轴和y轴对称的基本轮廓，通过x轴和y轴来定义贴片的平面。此贴片天线展示相对低程度的交叉偏振。
在根据本发明的贴片天线的下一个优选实施例中，多个贴片具有其在对称位置连接的相应馈入连接器。此配置增强天线的偏振纯度。
在根据本发明的贴片天线的再一优选实施例中，至少一个贴片具有具有实质上圆形圆周边缘的基本轮廓。此配置进一步降低天线的交叉偏振等级。
在根据本发明的贴片天线的另一优选实施例中，至少一个贴片具有具有实质上凸圆周边缘的基本轮廓。此配置使天线更适合于小型化和带宽增强。
优选地，在根据本发明的贴片天线中，间隔物结构和/或接地平面具有实质上圆形或椭圆形形状，其中优选地，衬底层与接地平面实质上叠合。此配置可方便地产生，且适合于小型化。
按另外偏好，根据本发明的贴片天线包括连接到选择性馈入位置的馈入连接器。探索式地选择此馈入位置以便达成与输入传输线路的良好阻抗匹配，同时刺激天线的所要的(基谐)谐振模式，其导致在天线的输入端处注入的功率的方向辐射。
在根据本发明的优选实施例的贴片天线中，贴片为实质上由导电性金属(优选地，由铜、银和/或金)制成的薄片。这些材料已证明为高度适合于贴片天线(就其充当收发器来说)。
贴片天线的特征的另外优选的合适尺寸为：
-所述贴片具有在1微米与10微米之间、优选地在3微米与4微米之间、更优选地为约3.5微米的厚度；
-贴片的主表面具有在2cm2与100cm2之间的大小；
-贴片与接地平面的面向表面之间的距离在2毫米与20毫米之间；
-面向贴片的接地平面的主表面的大小在最低工作频率下具有一个波长乘一个波长的大小。
按另外偏好，根据本发明的贴片天线的贴片的基本轮廓在实质上平行于由接地平面界定的平面的方向上延伸。这将通常导致垂直于由接地平面界定的(中心)平面定向的贴片的对称轴，所述对称轴有利于空间功率密度分布。
有利地，根据本发明的贴片天线包括被配置以接收和/或发射电磁辐射的贴片。这使根据本发明的天线可用以接收和/或发射电磁辐射成为可能。因此，至少一个馈入连接器的功能性取决于天线的所要的功能性。因此可想到，馈入连接器被配置以接收和/或发射电磁辐射。通常，馈入包括至少一个探针。馈入连接器的几何形状(包含形状和尺寸标定)通常完全取决于天线的具体用途和应用。可使用不同类型的馈入连接器。熟知馈入连接器为通常通过沉积附接到间隔物结构(衬底)的表面上的微带。另一选项为，馈入连接器为同轴馈电探针，所述探针至少部分容纳于间隔物结构内且延伸穿过在接地平面中提供的孔洞。为此目的，间隔物结构通常具备用于至少部分容纳探针的容纳空间。
倘若在贴片天线中使用单一馈入连接器和单一贴片，那么天线将适合于在单一指定的频带内操作。所述频带的频率范围完全取决于天线的应用。当前，许多移动通信系统使用若干频带，例如，GSM 900/1800/1900频带(890-960MHz和1710-1990MHz)；通用移动电信系统(UMTS)和UMTS 3G扩展频带(1900-2200MHz和2500-2700MHz)；在微波频谱中的频带(1-100GHz)，确切地说，用于卫星通信的Ka频带(26.5-40GHz)和Ku频带(12-18GHz)；和Wi-Fi(无线保真)/无线局域网(WLAN)频带(2400-2500MHz和5100-5800MHz)，和在9000MHz与10000MHz之间的与不同无线电有关的频带，和地面穿透雷达频带(0.4-4.5GHz)。然而，根据本发明的优选实施例的贴片天线不限于熟知频带的以上提到的列举。
常规地，因为具有单一贴片的单一天线不能在移动通信的所有这些频带下操作，所以可使用分开来覆盖这些频带的多个不同天线。然而，许多天线的使用通常受限于应用的量和成本约束。因此，多带和宽带天线对向移动通信提供多功能操作是必不可少的。移动通信系统中的多带天线可以被定义为在截然不同频带下操作而不是在带之间的中间频率下操作的天线。为此目的，优选地，根据本发明的天线包括多个贴片，其中至少两个贴片连接到其自身馈入连接器，使得可将贴片相互独立地控制。此外，不直接连接到馈入连接器的额外贴片虽然被配置以在操作期间与有源供电贴片电磁性相互作用，但也可非常可用于允许天线在所要的频带中操作。
接地平面至少部分由金属或任何其它导电材料制成。通常，此接地平面由金属圆盘、金属屏蔽(箔)或金属涂层制成。
在优选实施例中，天线包括至少一个处理器以在辐射发射模式与辐射接收模式之间自动地切换馈入连接器(探测结构)，以用于馈入连接器的双向通信。更确切地说，处理器优选地被配置以在第一频带与第二频带之间自动地切换，以用于每一频带中的双向通信。
优选地，在根据本发明的贴片天线中，至少一个贴片被配置以在范围从0.5GHz直到4GHz或从2GHz直到20GHz或从0.5GHz直到20GHz的宽频率范围中操作。此贴片天线允许超宽带(UWB)应用。
在本发明的上下文内，用于超宽带应用的尤其优选的贴片天线为以下：
i)
贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中贴片由极函数定义：
其中：
-m1等于m2且范围从1到3.5；
-a＝b＝1；
-n3等于n2且范围从0.7到3；且
-n1范围从0.5到3，
且更具体地说，其中：
-m1等于m2且范围从1到3.5；
-a＝b＝1；
与任一者组合：
n1＝3，同时n3等于n2且选自3、1和0.7；
n1＝1，同时n3等于n2且选自3、2.5和1；
n1＝0.7，同时n3等于n2且为3；或
n1＝0.5，同时n3等于n2且为2.5。
ii)
贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中贴片由极函数定义：
其中：
-m1＝m2＝1；
-a＝b＝1；
-n3等于n2且范围从1到10；
-n1范围从1到1.5。
iii)
贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中贴片由极函数定义：
其中：
-m1等于m2且范围从3.6到4.5；
-a＝b＝1；
-n3＝n2＝3；且
-n1＝3。
iv)
贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中贴片具备为在贴片内的切除区域中的槽，
其中贴片由极函数定义：
其中将所述以上极函数乘以比例因数c1，且其中
-m1＝m2＝2.25；
-a＝b＝1；
-n3＝n2＝3；且
-n1＝1.48。
其中所述贴片内的所述槽由所述极函数定义：
其中将所述以上极函数乘以比例因数c2，且其中
-m1＝m2＝2.36；
-a＝b＝1；
-n3＝n2＝2.83；且
-n1＝1.43；
且其中c1大于c2且c2为至少1，优选地c1为c2的至少两倍大，更优选地，c1＝11.16且c2＝4.4。
已发现，当馈入结构为微带线时，根据以上设计的UWB贴片天线可进一步改善达成的带宽，所述微带线在平行于贴片的垂直对称平面的定向上在距所述对称平面一段距离处提供，所述距离大于微带线的宽度。
举例来说，当使用0.5mm到2.0mm宽度的微带线时，在2.0mm与5.0mm之间的距对称平面的距离可导致可为10GHz或更大的带宽的增大，这取决于使用的贴片的具体基本轮廓。
v)
贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从0.5GHz到4GHz的宽频率范围中操作，且其中贴片由极函数定义：
其中：
-m1＝m2＝1；
-a＝b；且
-n3＝n2。
本发明的优选实施例还涉及一种包括根据本发明的至少一个贴片天线的用于发射和接收电磁信号的天线系统。所述天线系统包括多个MIMO配置的天线(多入多出)，其中每一天线包括多个贴片和多个馈入连接器，其中至少两个贴片连接到不同馈入连接器。此外，系统优选地还包括至少两个多带天线，和用于在频带中的至少一者中切换的至少一个处理器，因此确保信号在此频带中的接收和发射的多样性。优选地，处理器被配置以控制切换构件，其中切换构件是SPDT(单端口双投)开关或DPDT(双端口双投)开关。优选地，所述系统进一步包括至少一个接口构件，用于编程至少一个处理器，且同样地用于编程(配置)天线。
根据一些实施例，本发明进一步涉及一种制造根据本发明的天线的方法，包括：
A)设计至少一个贴片使得所述贴片具有实质上超形的至少一个基本轮廓，所述超形由极函数定义：
其中：
-为位于XY平面中的曲线，
-为角坐标，
-m1≠0且m2≠0，且
-其中n1、n2和n3中的至少一个不等于2，
且优选地，n1、n2和n3中无一者等于2，
B)通过使用间隔物结构组装接地平面、所述至少一个贴片和与所述接地平面绝缘且传导性连接到至少一个贴片的馈入连接器，其中所述贴片与所述接地平面由所述间隔物结构分开。
根据一些实施例，将超公式用于设计贴片和最终接地平面和中间间隔物结构(衬底)的优势已按全面方式描述于上文中。在步骤B)期间，优选地，多个馈入连接器连接到天线的不同贴片，更优选地，这允许天线在第一频带和明显不同的第二频带中通信。
根据一些实施例，本发明进一步涉及一种用于通过使用根据本发明的天线在无线通信中使用的方法，所述方法包括将通信电路连接到天线网络的步骤，网络包括根据本发明的多个天线，每一天线被优化用于在至少一个指明的频带中操作。天线几何形状和材料的优化完全取决于具体用途。通信电路通常包括组合形成收发器的发射器和/或接收器。每一天线优选地被优化用于在多个频带中操作，其中每一探针被配置以在指明的(单个)频率或频带内操作。天线可以并联或串联连接。
根据一些实施例，本发明另外涉及一种在根据本发明的天线中使用的贴片。以上已按全面方式描述贴片的优势和实施例。
本发明的再另一实施例涉及一种无线通信装置的RF收发器，其中使用根据本发明的天线。
最后，在一些实施例中，本发明涉及一种具有包括如上所述的RF收发器的无线接口的电子装置。
附图说明
将基于在以下图中展示的非限制性示范性实施例阐明本发明的各种说明性实施例。本文中：
图1a和图1b展示用于高级地面穿透雷达应用的根据本发明的贴片天线的俯视图和横截面，
图2到图7展示涉及根据图1a和图1b的贴片天线的各种图，
图8展示说明可在涉及用超公式进行的图案的合成的示范性实施例中执行的步骤或阶段的示意图；
图9展示根据本发明的贴片天线的实施例的透视图；
图10A和图10B展示根据本发明的另一贴片天线的俯视图和横截面，
图11到图12展示与根据图10A和图10B的贴片天线有关的不同图，
图13A到图13B展示根据本发明的另一贴片天线的不同视图，
图14展示与如在图13A到图13B中展示的贴片天线有关的图，
图15展示根据本发明的贴片天线的另一优选实施例的三维图，
图16展示现有技术贴片天线的三维图，以及
图17展示根据本发明的替代性贴片天线的横截面，
图18到图22展示适合于超宽带应用的根据本发明的优选贴片天线的一些结果和贴片超形。
具体实施方式
用于GPR应用的实例贴片天线
地面穿透雷达(GPR)使用电磁性宽频带雷达脉冲探测地表下。发射的雷达脉冲从地面内的各种介电不连续部分反射，且从接收天线检测到反射的波。土层、地下水面、土/岩石分界面、人造物体或拥有介电性质的对比的任何其它分界面可被检测到、局部化且用高分辨率来表征。用于GPR系统的性能的最重要硬件组件中的一个为天线。对于脉冲GPR，需要天线具有足够大的带宽，以便按受抑制的迟时间环状效应发射和接收短持续时间时域波形以避免目标的遮蔽。另外，天线必须展现在整个工作频带上的线性相位特性，以用于避免脉冲随着时间过去的变宽。GPR天线的工作频率和带宽对于系统性能至关重要。GPR天线必须符合宽带规范，而为了更好的分辨率，需要较高频率，以便确定小型物体，且需要较低频率用于深度穿透。因此，时域天线脉冲的持续时间为范围分辨率与深度穿透之间的折衷。此外，高效率、高增益、便携性、易于使用、针对较高空间采样的小体积占用、简单安装、与电子电路的集成能力、易于制造等是GPR天线必须遵守的基本要求。电阻性装载的圆柱形单极子、电阻性装载的蝴蝶结型天线、电线蝴蝶结型天线、TEM喇叭和其修改和螺旋天线已在过去广泛用于GPR系统中。虽然大天线提供宽带行为、高分辨率、更深穿透和补偿地面的频谱滤波效应的能力，但其不紧凑和便携。此外，目前已知的贴片GPR天线(偶极子、蝴蝶结型等)中的多数(如果不是全部)具有罕见地足够带宽以充分利用GPR潜能，且在此之上，其不具有共设计的接地平面，且当添加屏蔽或空腔时，其产生显著失真。
为了克服以上缺点中的一或多个，设计具有极好性能的改善的贴片天线，其展示于图1A和图1B中，且将在下文更详细对其描述。以所提议的拓扑和架构为特征的天线能够避开以上提出的所有问题，这是由于其在涵盖低和高频谱的频带0.5-4GHz中操作。
如在图1A的俯视图和图1B的横截面中所展示，贴片天线1包括金属接地平面2、吸收层3、介电衬底4和施加到衬底4的引导远离接地平面2的(上部)表面上的两个金属贴片5a、5b的层压物。贴片5a、5b中的每一个连接到引导穿过衬底4和吸收层3的馈入线6a、6b。接地平面2中提供的中心孔洞将馈入线6a、6b与接地平面2隔离。由吸收材料制成的薄吸收层3在接地平面2与介电衬底4之间的插入减少了发射脉冲的环状效应，这是由于其减轻从浮动接地平面2的波反射，而不显著降低天线1的效率，如通常在电阻性装载的天线设计的情况下发生。吸收层3由磁性装载的吸收体ECCOSORB SF-1制成。效率为关于GPR系统的重要因素，这是由于电磁波正传播通过有损的土壤。
贴片5a、5b具有相同形状且为对称定位的超形翅膀，其轮廓分布由根据权利要求1所述的超形公式的三个连续参数确定。
其中是位于xy平面中的曲线并且是角坐标。此等式为形式的极函数且由超椭圆公式的归纳组成。可通过调谐六个真且正数字参数(α；b；m；n1；n2；n3)∈R6的集合来控制分支的分布的形状，其中α；b≠0。考虑低交叉偏振和有限边缘绕射后，设定以下条件：α＝b、m＝1且n2＝n3。结果，仅需要三个参数(α、n1、n2)来形成如图1A中所展示的优化的泪滴形状。三个参数的使用有助于旨在达到所要的阻抗带宽特性的优化过程。所有设计参数值列于表I中。
衬底4提供天线1结构刚性、在开放空腔中场的界限、反射波的吸收，并且还允许结构的高度的减小。衬底4由具有介电常数εr＝2.55的介电材料PREPERM制成。
馈入线6a、6b由穿过接地平面2中的圆形槽的具有100欧姆的输入阻抗的两个电镀通孔(PTH)接脚形成。引入实际PTH技术，以用于减小馈入接脚6a、6b的电抗且还为了带宽增强原因。
超形偶极天线1的回波损耗参数在图2中呈现。可观测到，天线1具有范围从0.5GHz到大于4.5GHz的频率阻抗带宽，从而提供在低以及高频谱中的操作。因此，其脉冲可穿透到地面，并且还提供高图像分辨率。应注意，尽管天线1占据小体积(归因于其贴片结构)，但其保留等效大天线的全谱性质。天线1被设计以展现大约100欧姆的输入阻抗，使得其匹配差分馈入线。在工作频率范围上的输入阻抗分布在图3中呈现。
时域天线响应由两个部分组成——主要脉冲和环状效应区域。主要脉冲从在馈入点处的激发脉冲的直接辐射产生，而环状效应部分是由在天线1的内部结构中的当前脉冲的反射(归因于不连续部分和从接地平面的反射)造成。瞬时天线的主要目标为减小脉冲环状效应区域，以用于避免目标的遮蔽。天线形状在内部波反射中扮演重要角色，这是由于其决定表面当前分布。超形公式提供通过调谐三个参数优化天线的可能性。以此方式，可减轻造成不想要的反射的天线结构中的阻抗不连续性。
激发信号为具有约0.6ns的持续时间的高斯脉冲。激发脉冲的波形频谱呈现于图4中。由于天线作为电子微分器操作，因此预期输出波形理想地为输入信号的时间导数。图5展示在具有和无吸收层的情况下在横向方向上的25cm的距离中的发射的脉冲，且图6描绘发射的脉冲的频谱含量。在不存在吸收体的情况下，中间结构将仅由具有厚度h＝47.08mm的介电材料PREPERM的衬底4组成。可注意到，环状效应显著减少了，同时归因于吸收层，脉冲振幅仅展现轻微降级。具体地说，对于分别无和有电阻性负荷的超形的天线1，发射脉冲的峰-峰振幅为21.11V/m和19.15V/m。这意味着，归因于吸收体的引入的脉冲振幅减小为大致9％。
GPR天线的基本要求为朝向地面辐射，以便不干扰GPR系统的电子装备。并且，必须使从上半空间到GPR接收天线的外部信号影响最小化。因此，对于偶极子状天线(其通常全向辐射)，需要屏蔽。屏蔽设计可为棘手的过程，因为其造成对时域脉冲的失真。归因于浮动接地平面，根据本发明的天线1不使用屏蔽机构提供与上半空间的电磁隔离。以此方式，可大幅减少制造成本。在从0.5GHz到4GHz的四个不同频率中的三维自由空间辐射方向图呈现于图7中。更确切地说，展示在0.5GHz(图7A)、1GHz(图7B)、2GHz(图7C)、3GHz(图7D)、3.5GHz(图7E)和4GHz(图7F)处的超形的偶极天线1的正规化的辐射方向图。如可观测到，天线1朝向横向方向辐射，且在工作频率范围上，图案相对稳定。辐射方向图的稳定性和有限压缩和失真是归因于天线1的缩短的长度(与典型的已知偶极子相比)和在整个天线区上的电流的分布。
因此，在图1A和图1B中且由图2到图7支援，展示具有用于GPR用途的简单拓扑和独特架构的新颖、紧凑天线。此天线为第一球状型GPR天线，其在数学上用超形公式设计，从而导致各种优势。其能够涵盖频率范围0.5-4GHz，从而以此方式同时提供深度穿透和范围分辨率能力。经由吸收层3的插入，减少了迟时间环状效应，而不影响天线1的辐射效率许多。此外，与已知偶极子状设计大不相同，天线1不具有屏蔽或吸收空腔的需求，因为其以单向辐射为特征。这使它成为GPR系统的低成本解决方案。并且，其制造起来简单、便携，且与传统GPR天线中的多数相比，具有杰出性能。
其它实例
对图8进行参看，其也并入于US 7,620,527中作为图16，可通过应用以下示范性基本步骤来“合成”根据本发明的天线的接地平面和/或贴片的形状或波：
1)在第一步骤中，进行参数的选择(例如，通过将值输入到计算机10中，即，经由键盘20、触摸屏、鼠标指针、语音辨识装置或其它输入装置或类似者，或通过使计算机10指明值)，且使用计算机10基于参数的选择合成选定超形。
2)在第二任选步骤中，超公式可用以调适选定形状，计算优化等。此步骤可包含以下各者的使用：图形程序(例如，2D、3D等)；CAD软件；有限元分析程序；波产生程序；或其它软件。
3)在第三步骤中，从第一或第二步骤产生的输出用以将计算机化的超形变换成物理形式，例如，经由：(a)将超形31显示在监视器30上、将超形51打印在库存材料52上，例如，来自打印机50(2-D或3-D)的纸；(b)执行计算机辅助的制造(例如，通过基于步骤三的输出控制外部装置60，例如，机械、机器人等)；(c)经由扬声器系统70或类似者产生声音71；(d)执行立体光刻；(e)通常基于3D打印技术执行迅速原型开发；和/或(f)按此项技术中已知用于变换此类形状的另一方式利用输出。
多种计算机辅助的制造(“CAM”)技术和从其制造的产品在此项技术中是已知的，且可选择任何适当的CAM技术和制造的产品。作为CAM技术和从其制造的产品的仅一些实例，参看以下美国专利(标题在圆括号中)，这些专利的全部揭示内容以引用的方式并入本文中：美国专利第5,796,986号(用于将计算机辅助设计数据库与数字控制机械数据库连接的方法和设备(Method and apparatus for linking computer aided design databaseswith numerical control machine database))；美国专利第4,864,520号(用于计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助工程和计算机应用技术的形状产生/创建系统(Shapegenerating/creating system for computer aided design,computer aidedmanufacturing,computer aided engineering and computer applied technology))；美国专利第5,587,912号(三维物体的计算机辅助处理和用于其的设备(Computer aidedprocessing of three dimensional objects and apparatus therefor))；美国专利第5,880,962号(3-D物体的计算机辅助处理和用于其的设备)；美国专利第5,159,512号(任意多面体在CAD/CAM系统中的明可夫斯基和以及导数形态组合的构造(Construction ofMinkowski sums and derivatives morphological combinations of arbitrarypolyhedral in CAD/CAM systems))。
多种立体光刻技术和从其制造的产品在此项技术中是已知的，且可选择任何适当的立体光刻技术和制造的产品。作为立体光刻技术和从其制造的产品的仅一些实例，参看以下美国专利(标题在圆括号中)，这些专利的全部揭示内容以引用的方式并入本文中：美国专利第5,728,345号(用于通过使用立体光刻模型制造用于放电加工的电极的方法(Method for making an electrode for electrical discharge machining by use ofa stereo lithography model))；美国专利第5,711,911号(用于通过立体光刻制造三维物体的方法和设备(Method of and apparatus for making a three-dimensional objectby stereo lithography))；美国专利第5,639,413号(与立体光刻有关的方法和组成(Methods and compositions related to stereo lithography))；美国专利第5,616,293号(使用立体光刻模型迅速制造原型零件或模具(Rapid making of a prototype part ormold using stereo lithography model))；美国专利第5,609,813号(通过立体光刻制造三维物体的方法(Method of making a three-dimensional object by stereolithography))；美国专利第5,609,812号(通过立体光刻制造三维物体的方法(Method ofmaking a three-dimensional object by stereo lithography))；美国专利第5,296,335号(用于利用立体光刻工具制造纤维增强零件的方法(Method for manufacturing fibre-reinforced parts utilizing stereo lithography tooling))；美国专利第5,256,340号(通过立体光刻制造三维物体的方法(Method of making a three-dimensional objectby stereo lithography))；美国专利第5,247,180号(立体光刻设备和使用方法(Stereolithographic apparatus and method of use))；美国专利第5,236,637号(用于通过立体光刻生产三维物体的方法和设备(Method of and apparatus for production of threedimensional objects by stereo lithography))；美国专利第5,217,653号(用于通过立体光刻生产无级3维物体的方法和设备(Method and apparatus for producing astepless 3-dimensional object by stereo lithography))；美国专利第5,184,307号(用于通过立体光刻生产高分辨率三维物体的方法和设备(Method and apparatus forproduction of high resolution three-dimensional objects by stereolithography))；美国专利第5,182,715号(立体光刻零件的迅速和准确生产(Rapid andaccurate production of stereo lithographic parts))；美国专利第5,182,056号(使用各种穿透深度的立体光刻方法和设备((Stereo lithography method and apparatusemploying various penetration depths))；美国专利第5,182,055号(通过立体光刻制造三维物体的方法(Method of making a three-dimensional object by stereolithography))；美国专利第5,167,882号(立体光刻方法(Stereo lithography method))；美国专利第5,143,663号(立体光刻方法和设备(Stereo lithography method andapparatus))；美国专利第5,130,064号(通过立体光刻制造三维物体的方法(Method ofmaking a three dimensional object by stereo lithography))；美国专利第5,059,021号(用于在通过立体光刻生产物体时校正偏移的设备和方法(Apparatus and method forcorrecting for drift in production of objects by stereo lithography))；美国专利第4,942,001号(通过立体光刻形成三维物体的方法和其组成(Method of forming athree-dimensional object by stereo lithography and composition therefore))；美国专利第4,844,144号(利用通过立体光刻产生的图案的熔模铸造(Investment castingutilizing patterns produced by stereo lithography))。
此外，本发明可以用于已知的微立体光刻程序中。例如，本发明可因此用于创造计算机芯片和其它物品。一些说明性论文如下，这些论文的揭示内容以引用的方式并入本文中：A.伯奇(A.Bertsch)、H洛伦兹(H Lorenz)、P.雷诺(P.Renaud)的“通过组合微立体光刻和厚胶UV光刻的3D微型制造(3D microfabrication by combiningmicrostereolithography and thick resist UV lithography)”，《传感器与致动器A辑》，73期，第14到23页(1999年)；L.贝吕兹(L.Beluze)、A.伯奇(A.Bertsch)、P.雷诺(P.Renaud)的“微立体光刻：建置复杂3D物体的新工艺(Microstereolithography:a new process tobuild complex 3D objects)”，关于MEM/MOEM的设计、测试和微型制造的研讨会，SPIE的会议记录，3680(2)，第808到817页(1999年)；A.伯奇(A.Bertsch)、H.洛伦兹(H.Lorenz)、P.雷诺(P.Renaud)的“用于3D微型制造的组合微立体光刻和厚胶UV光刻(CombiningMicrostereolithography and thick resist UV lithography for 3Dmicrofabrication)”，德国海德尔堡98车间的IEEE MEMS的会议记录，第18到23页，(1998年)；A.伯奇(A.Bertsch)、J.Y.Jézéquel、J.C.André的“新3D微制造工艺的空间分辨率的研究：使用动态掩模产生器技术的微立体光刻(Study of the spatial resolution of anew 3D microfabrication process:the microstereophotolithography using adynamic mask-generator technique)”，光化学和光生物学杂志，A：化学类，107期，第275到281页(1997年)；A.伯奇(A.Bertsch)、S.则斯(S.Zissi)、J.Y.Jézéquel、S.科贝尔(S.Corbel)、J.C.André的“使用液晶显示器作为动态掩模产生器的微立体光刻(Microstereophotolithography using a liquid crystal display as dynamic mask-generator)”，微软科技，3(2)，第42到47页，(1997年)；A.伯奇(A.Bertsch)、S.则斯(S.Zissi)、M.卡林(M.Calin)、S.巴朗爵(S.Ballandras)、A.布尔若(A.Bourjault)、D.霍登(D.Hauden)、J.C.André的“通过微立体光刻制造且通过形状记忆合金致动的小型化致动器的概念和认识(Conception and realization of miniaturized actuators fabricatedby Microstereophotolithography and actuated by Shape Memory Alloys)”，贝桑松关于机电一体化的第3届法国-日本大会以及第1届欧洲-亚州大会的会议记录，2，第631到634页，(1996年)。
类似地，各种迅速原型开发技术和自其制造的产品(例如，模具等)在此项技术中是已知的，且可以选择任何适当的技术和制造的产品。例如，当前可用的三个示范性3维模型迅速原型开发方法包含，如美国专利第5,578,227号中所描述，所述专利的揭示内容以引用方式并入本文中：a)光可固化液体凝固或立体光刻(例如，见上文)；b)选择性激光烧结(SLS)或粉末层烧结；c)熔融沉积成型(FDM)或挤压熔化塑料沉积方法。作为迅速原型开发技术和从其制造的产品的仅一些实例，见以下美国专利(标题在圆括号中)，这些专利的全部揭示内容以引用的方式并入本文中：美国专利第5,846,370号(迅速原型开发工艺和用于其的设备(Rapid prototyping process and apparatus therefor))；美国专利第5,818,718号(用于迅速原型开发的较高阶构造算法方法(Higher order constructionalgorithm method for rapid prototyping))；美国专利第5,796,620号(用于使用迅速工具设置的消失模铸造工艺的计算机化系统(Computerized system for lost foamcasting process using rapid tooling set-up))；美国专利第5,663,883号(迅速原型开发方法(Rapid prototyping method))；美国专利第5,622,577号(迅速原型开发工艺和用于其的冷却室(Rapid prototyping process and cooling chamber therefor))；美国专利第5,587,913号(将依序二维几何形状用于生产由迅速原型开发系统制造的壳的方法(Method employing sequential two-dimensional geometry for producing shellsfor fabrication by a rapid prototyping system))；美国专利第5,578,227号(迅速原型开发系统(Rapid prototyping system))；美国专利第5,547,305号(用于带电操作杆工具的迅速无工具调整系统(Rapid,tool-less adjusting system for hot sticktooling))；美国专利第5,491,643号(用于优化在迅速原型开发系统中开发的物体的参数特征的方法(Method for optimizing parameters characteristic of an objectdeveloped in a rapid prototyping system))；美国专利第5,458,825号(通过用于迅速容器原型开发的立体光刻制造的吹塑工具的利用(Utilization of blow moldingtooling manufactured by stereo lithography for rapid container prototyping))；美国专利第5,398,193号(通过受控逐层沉积/萃取的三维迅速原型开发的方法和用于其的设备(Method of three-dimensional rapid prototyping through controlledlayerwise deposition/extraction and apparatus therefor))。
上述三个步骤或阶段也在图9中展示的示意图中示意性地说明(步骤1和2能够在计算机自身内执行，如所展示)。此图对应于US 7,620,527的图17。在以下章节中，进一步详细描述用超公式进行的图案“合成”的许多示范性实施例。
A.2-D图形软件
本发明在2-D图形软件应用中具有极大的效用。
本发明可以(例如)应用于常规的商业程序中，例如，Corel-DrawTM和Corel-PaintTM、开放办公应用程序、用于Adobe Illustrator and PhotoshopTM的SupergraphxTM、Adobe PhotoshopTM；Visual BasicTM或WindowsTM中的各种绘图程序中；或其它环境中，例如，Lotus WordProTM和Lotus Freelance GraphicsTM、JavaTM、Visual CTM、Visual C++TM和所有其它C环境。本发明在图像合成中具有大量优点，因为本发明的方法由于仅需要利用具有经典函数(例如，幂函数、三角函数等)的超公式而尤其实现计算机存储器空间的大量节省。此外，用超公式可获得的图像形状的数目实质上增加超出先前可获得的数目。图形程序(例如，在架构设计等中使用的WindowsTM中的Paint、Microsoft WordTM中的绘图工具、Corel-DrawTM、CAD)使用“基元”，其为编程到计算机内的形状。这些是非常具有限制性的，例如，常主要限于圆形、椭圆形、正方形和矩形(在3-D中，体积基元也受到很大限制)。超公式的引入将2-D图形(和还有如下文所论述的3-D图形)中的总体可能性大大地放大若干数量级。用作线性运算符，其可以许多不同方式和公式化操作，无论极坐标等如何，且也在使用球坐标、圆柱坐标、均质圆柱体的参数公式化等的3-D中操作。
2-D图形软件应用程序内的一些示范性实施例如下。
a.1.计算机可以经调适以普遍使用运算符，例如，在极坐标中或在XY坐标中。在此意义上，参数可被选择(例如，通过操作者输入或通过计算机本身)和用作超公式中的输入(例如，经由编程)。可以任何方式使用个别形状或物体，例如，以打印或显示物体等。
a.2.计算机还可以经调适以执行例如积分的操作以计算面积、周长、惯性力矩等。就此而言，计算机可经调适以通过以下方式执行此操作：a)经由操作者输入(例如，经由键盘20)选择此操作，或b)采用计算机(例如，经由预编程)来执行此操作。
a.3.计算机可经调适(例如，经由软件)以：a)显示或另外呈现形状；b)在显示此类形状之后使用户能够修改此类形状；和c)显示如由用户修改的形状。就此而言，用户可以通过(例如)改变参数来修改形状。在示范性实施例中，计算机可经调适以通过物理地作用于在步骤三中创造的物理表示而实现显示或另外呈现(即，在上文提到的步骤三中呈现)的形状。在优选实施例中，计算机可经调适以实现显示在监视器上的形状，所述形状将通过拉出图案(例如，图像)的侧面和/或拐角而进行修改。在那一点上，优选地，图像31显示于计算机屏幕或监视器30上，且用户可使用其手操纵的“鼠标”40(或其它用户操纵工屏幕或显示指标装置)将显示的指标32放置于形状上以“点选”和“拖曳”其到新位置33，由此调节超形以呈现新“超形”配置34。这还将包含公式和参数的重新计算。
a.4.计算机也可适应于执行布尔(Boolean)运算，借此使在a1或a3中产生的个别形状中的多于一个在一起，通过叠加的工艺。在一些情况下，通过(例如)叠加和/或重复或类似者组合的个别超形可(例如)是被组合以创造具有不同区段或区域的形状的扇区或区段(作为仅一个说明性实例，在例如0与π/2之间的圆的扇区可与在例如π/2与π之间的正方形的扇区组合以创造多组分形状)。计算机还可以经调适以在创造的超形之后执行额外操作(例如)以平化、歪斜、拉长、放大、旋转、移动或平移，或以其它方式修改此类形状。
B.3-D图形软件
如同2-D应用一样，本发明在3-D图形软件应用程序中(以及在以各种其它维度的表示中)具有大的效用。
本发明可以应用于(例如)计算机辅助设计(“CAD”)软件、用于有限元分析(“FEM”)的软件、Supergraphx 3D Shape Explorer、天线设计和分析软件(例如，CST、Ansoft HFSS、Remcom XFdtd、EMSS Feko、Empire XCcel)、架构设计软件等中。本发明允许(例如)某人针对各种应用程序使用单个连续函数，而不是样条函数。CAD的工业应用包含(例如)在快速原型或在包含3D打印的计算机辅助制造(“CAM”)中的使用。
对图10A和图10B进行参看，其中展示根据本发明的优选实施例的贴片天线300的实施例。天线300包括充当载体结构的衬底301，其与一侧上的导电性接地平面302和沉积到衬底301的相对侧上的多个传导性贴片303a、303b、304a、304b间隔。将贴片303a、303b、304a、304b布置于两个贴片集合中，其中每一贴片集合由主要贴片303a、304a和按靠近主要贴片303a、304a的距离定位的次要贴片303b、304b形成，使得在操作期间可发生主要贴片303a、304a与次要贴片304b、304b之间的电磁相互作用。每一主要贴片303a、304a连接到馈入探针的馈入连接器305a、305b(还被称作馈入线、馈入结构)，其被引导通过衬底301且通过在接地平面302中提供的中心孔洞。次要贴片303b、304b不直接连接到馈入连接器。由于主要贴片303a、304a中的每一个连接到馈入连接器305a、305b，因此这些主要贴片303a、304a变得主要地被启动。主要贴片303a、304a的启动将导致次要贴片303b、304b的随后启动(谐振)。每一贴片集合(303a、303b；304a、304b)的基本轮廓实质上遵照由极函数定义的基本轮廓：
其中是位于xy平面中的曲线并且是角坐标。在此实例中，使用以下值达成如图10A和图10B中所展示的贴片302(的横截面)的形状：a＝b＝5.74；m＝1；且n1＝0.4825，且n2＝n3＝1.0662。贴片303a、303b；304a、304b的厚度通常为约几微米。在此实例中，贴片厚度t等于0.068mm。在此实例中，馈入连接器305a、305b之间的距离w等于5.253mm。在此实例中，每一馈入连接器305a、305b的直径或厚度df等于1.82。
如图10A和图10B中所展示的天线300被配置为全向Wi-Fi双频段天线300，且被配置以在2.2-2.77GHz(802.11b/g/n)的第一频带下和在4.53-6.96GHz(802.11a/n/ac)的第二频带下操作。可独立地控制两个频带。次要贴片303b、304b扮演重要角色以用于允许天线300在较低频带中操作。这适用于定位于每一主要贴片303a、304a与每一次要贴片303b、304b之间的间隙306a、306b。间隙306a、306b(或槽)的几何形状还实质上遵照由以上极函数定义的超形的基本轮廓的至少一部分。借助于R函数，可将超形的贴片集合与超形的间隙306a、306b两者组合成超形的几何形状的组合件。在此实例中，每一间隙306a、306b具有圆的一段的形状。实验已展示，频率响应取决于间隙宽度，其展示于图11中。在此实例中，最佳间隙宽度(其中天线300在两个频带下非常好地操作)为5毫米。其它间隙宽度(更大或更小)将导致较差的天线性能。在此实例中，衬底301和接地平面302的x半径等于8.64cm，且y半径等于5.92cm。在此实例中，衬底301的厚度等于9.525mm，其在低频带中实质上等于1/8波长。天线300的辐射方向图(在E平面中和在H平面中)在图12中展示，其处于2.45GHz的频率下和5.45GHz的频率下。如可看出，辐射方向图为全向。可因此省略后空腔。辐射效率非常高且在98.5％与99.1％之间。在两个对称性平面之间，不发生交叉极化。因此，通过使用如图10A和图10B中所展示的天线达成杰出的天线性能。
根据本发明的替代性贴片天线350展示于图13A(俯视图)中和图13B(横截面)中。天线350包括形成天线350的芯的介电衬底351。衬底351的顶表面具备两个金属贴片352a、352b，确切地说，内贴片352a(主要贴片)和围封内贴片352a的外贴片352b(次要贴片)。衬底351的底表面具备金属接地平面353。接地平面353具备管形中心部分353a，其围封用于连接到内贴片352a的金属馈入连接器354的通长开口。为此目的，馈入连接器354延伸穿过介电衬底351。在一侧上的贴片352a、352b和馈入连接器354与在另一侧上的接地平面353相互分开(绝缘)。贴片352a、352b的组合件，且确切地说，此组合件的几何形状是基于基于超形的基本轮廓的叠加，如由根据权利要求1所述的极函数定义。更确切地说，如所展示的组合件由四个叠加的层构成，其中连续地，第一层由椭圆形实心(填充有材料)外形形成，第二层由超形的(确切地说，嘴形)空(无材料)层形成，第三层由较小超形的(确切地说，嘴形)实心层形成，且叠加的顶层(第四层)由较小超形的(确切地说，嘴形)空层形成。层的此叠加导致如所展示的以下情形：主要贴片352a在内边缘C1i和外边缘C1o处为实质上嘴形，所述主要贴片352A由次要贴片352b围封，其中次要贴片352b的内边缘C2i为实质上嘴形，且次要贴片352b的外边缘为椭圆形。借助于计算装置，超形的层的所述叠加可易于通过使用R函数来进行。以下参数用于导致基本轮廓的极等式中，所述基本轮廓的边缘分别对应于C1i、C1o和C2i。
α b m n1 n2 n3
C1i 2.618 2.618 2 0.5 1 1
C1o 3.418 3.418 2 0.5 1 1
C2i 4.05 4.05 2 0.5 1 1
根据实验测试，以上值已导致贴片352a、352b和坐落于所述贴片352a、352b之间的间隙355的最佳设计，以便获得作为在2.4GHz(2.35-2.52GHz)和5GHz(5.12-5.94GHz)频带中的Wi-Fi双频段天线的天线350的最佳性能。介电衬底351和接地平面353具有相同椭圆形设计和尺寸标定。在此实例中，衬底351和接地平面353的长度Rx等于39.7mm，而宽度Ry等于33.7mm。在此实例中的次要贴片352b的外尺寸标定为长度rx等于19.8mm，而宽度ry等于11.8mm。在此实例中，衬底351的厚度h等于9.525mm。贴片厚度t等于0.07mm。馈入连接器354的厚度df等于1.28mm。接地平面353的管状部分353a的内径Df等于4.28mm。此导致馈入连接器354与接地平面353之间1.5mm的距离。
如图14中所展示，实现的辐射方向图为单向。辐射效率相对高且从94.4％变化到98.8％。实现的增益还展示杰出的结果，且坐落于6.84dB与7.08dB之间。
图15展示本发明的另一优选实施例的三维图，即，贴片天线400，包括贴片402、馈入连接器404和衬底406。衬底的背面由接地平面(在图中不可见)覆盖，接地平面的表面具有与接地平面相同的大小。与接地平面相比，接地平面和贴片402的厚度显著地更小。衬底406由介电材料制成且充当接地平面与贴片402之间的间隔物结构。馈入连接器404具有在衬底406的表面上引导的微带的形式。贴片402的基本轮廓实质上遵照由极函数定义的基本轮廓：
其中是位于xy平面中的曲线并且是角坐标。在此实例中，使用以下值达成如所展示的贴片406的形状：m1＝4、m2＝4、a＝1、＝b＝1、n1＝2、n2＝6和n3＝6。
图15中展示的贴片天线400被配置为单频段天线，所述单频段天线被配置以在10.2GHz的频带下操作。天线在10.2GHz下的总效率为大致82％。最大方向性为13.2dBi(比较起来：短偶极天线达到1.76dBi，大卫星接收天线达到50dBi)。
比较实例
图16展示根据现有技术的贴片天线450的已知设计的三维图，包括圆形贴片452、馈入连接器454和衬底456。衬底的背面由接地平面(在图中不可见)覆盖，接地平面的表面具有与接地平面相同的大小。与接地平面相比，接地平面和贴片452的厚度显著地更小。
衬底456由由介电材料制成且充当接地平面与贴片452之间的间隔物结构。馈入连接器454具有在衬底456的表面上引导的微带的形式。贴片452的基本轮廓不遵照根据本发明的基本轮廓，因为这需要定义基本轮廓的极函数，m1＝0且m2＝0。图15中展示的贴片天线450被配置为单频段天线，所述单频段天线被配置以在11.12GHz的频带下操作。天线在11.12GHz下的总效率为大致4.2％。在11.12GHz下的最大方向性为5.6dBi。
此比较实例表明，通过按以下方式重新设计贴片的基本轮廓，已知贴片天线的总效率和最大方向性两者可显著地升高：其实质上由如在权利要求书1中提及的超公式定义。
图17展示根据本发明的替代性贴片天线500的横截面。贴片天线500包括介电U形间隔物结构501，其充当用于支撑导电性接地平面502和用于携载至少一个导电性贴片503的座架结构。介电气隙504存在于接地平面502与至少一个贴片503之间。至少一个贴片连接到馈入连接器(未展示)。馈入连接器和接地平面502两者连接到用于对天线500供电的电源(未展示)。贴片503和最终接地平面502的基本轮廓被设计且由极函数定义：
其中：
-为位于XY平面中的曲线，
-为角坐标，
-优选地，m1≠0且m2≠0，且
-优选地，n1＝n2＝n3≠2。
如以上所阐释，至少一个超形的贴片的应用导致天线性能的显著改良。
超宽带天线的实例
根据本发明的超形的贴片天线也可用于设计超宽带天线(UWB)，对于所述超宽带天线，需要天线可在从2GHz到20GHz的频率范围上操作，同时达成在实质上整个频率范围上具有大约或低于-10dB的量值的散射参数S11。
FCC和国际电信联盟无线通信部门当前按从天线的发射来定义UWB，对于所述天线，发射的信号带宽超过500MHz或中心频率的20％中的较小者。
圆形状超形
贴片天线具有以下基本装配：
-导电性贴片，
-为矩形的导电性接地平面，
-呈50欧姆阻抗的微带馈入的形式的至少一个馈入连接器，其与接地平面绝缘且传导性连接到至少一个贴片，以及
-至少一个介电衬底，其用于分开所述至少一个贴片与所述至少一个接地平面，
其中至少一个贴片由实质上超形的至少一个基本轮廓的至少一部分定义，其中所述超形的基本轮廓由极函数定义：
其中：
-为位于XY平面中的曲线，
-为角坐标。
具有相对介电常数εr＝3.55、损耗δ＝0.027且厚度h＝0.46mm的市售‘RogersRO4003C’衬底被优选使用。
此外，超形的贴片满足以下条件：
-m1等于m2且范围从1到3.5；
-a＝b＝1；
-n3等于n2且范围从0.7到3；且
-n1范围从0.5到3，
且更具体地说：
-m1等于m2且范围从1到3.5；
-a＝b＝1；
与任一者组合：
n1＝3，同时n3等于n2且选自3、1和0.7；
n1＝1，同时n3等于n2且选自3、2.5和1；
n1＝0.7，同时n3等于n2且为3；或
n1＝0.5，同时n3等于n2且为2.5。
图18a和图18b展示如上定义的圆形状超形的贴片天线的两个实例，连同其相应的宽带性质的曲线图。
在所述图的插图中，描绘满足条件的两个超形：
对于a)：m1＝m2＝2.25、n3＝n2＝2.7、a＝b＝1、n1＝1.43、c＝13.28，
对于b)：m1＝m2＝1.65、n3＝n2＝3.6、a＝b＝1、n1＝0.65、c＝12.14。
其中c是为因数的比例因数，将的值乘以所述因数。
曲线图展示在从2GHz到20GHz的宽频率范围上，两个超形的贴片天线达成大约或低于-10dB的S11量值。
与常规圆形单极相比，此圆形贴片天线的一个额外优势在于在较低频率下的增强的阻抗匹配性质。这是又导致天线带宽的增大的显著改善。
细长椭圆形超形
基于与以上所指示相同的基本装配，获得以上的圆形状超形的特殊细长变化，其不同之处在于具有以下参数组合：
-m1＝m2＝1；
-a＝b＝1；
-n3等于n2且范围从1到10；
-n1范围从1到1.5。
可由此获得在20GHz与26GHz之间变化的带宽。
正方形超形
基于与以上所指示相同的基本装配，获得正方形超形，其不同之处在于具有以下参数组合：
-m1等于m2且范围从3.6到4.5；
-a＝b＝1；
-n3＝n2＝3；且
-n1＝3。
图19展示如上(右下)定义的正方形超形的贴片天线的图片，和常用的正方形贴片天线(右上)，连同其相应宽带性质的曲线图(下部线对应于超形的贴片天线)。
所述曲线图展示正方形超形的贴片天线在从3GHz到30GHz的宽频率范围上达成低于-10dB的S11量值。相比之下，常见的正方形贴片天线达成仅大约2GHz、17GHz和25GHz的此类值，但不是在完全的频率范围上。
此外，与常见正方形贴片天线相比，正方形超形的贴片天线在从2GHz到30GHz的整个频率范围上达成较低或类似输入反射系数值。
有槽超形(1)
基于与以上所指示相同的基本装配获得有槽的超形，其不同之处在于：
-贴片具备为贴片内的切除区的槽，
其中贴片由极函数定义：
其中将以上极函数乘以比例因数c1，且其中
-m1＝m2＝2.25；
-a＝b＝1；
-n3＝n2＝3；且
-n1＝1.48。
其中所述贴片内的所述槽由所述极函数定义：
其中将以上极函数乘以比例因数c＝4.4，且其中
-m1＝m2＝2.36；
-a＝b＝1；
-n3＝n2＝2.83；且
-n1＝1.43。
图20在插图上展示以上定义的有槽超形贴片天线的形式，连同概括其相应宽带性质的图。
所述曲线图展示在从2GHz到20GHz的频率范围上的充分敏感度。
图21展示相同有槽超形贴片天线的效率的曲线图。在同一频率范围上，效率为至少90％或更高。
有槽超形(2)
可预料到其它有槽超形贴片天线设计用于在UWB应用中使用。
举例来说，其中次要贴片存在于主要贴片内的槽的切除区内的设计可为有效的。
基于与以上所指示相同的基本装配获得此有槽超形，其中贴片具备为贴片内的切除区的槽，其不同之处于在于：
-所述槽具备次要贴片，
-主贴片(也被称作主要贴片)、所述槽和所述次要贴片都是由极函数定义：
其中：
-m1＝m2＝4；
-a＝b＝1；
-n3＝n2＝n1＝3；
其中主要贴片的极函数由比例因数c1＝11.2相乘，
其中槽的极函数由比例因数c2＝8相乘，
其中次要贴片的极函数由比例因数c3＝5.8相乘。
更一般地说，本发明包含如上的有槽超形，其中c1、c2和c3的值可与以上值有变化，只要其满足条件：c1>c2>c3。
图22展示具有主要和次要贴片的此有槽超形，连同突出显示其宽带性质的曲线图。
从所述曲线图，得出结论，在从4GHz到15GHz的范围上，按需要，S11的量值为大约或低于-10dB。
已发现，当馈入结构为微带线时，根据以上设计的UWB贴片天线可进一步改善达成的带宽，所述微带线在平行于贴片的垂直对称平面的定向上在距所述对称平面一段距离处提供，所述距离大于微带线的宽度。
举例来说，当使用0.5mm到2.0mm宽度的微带线时，在2.0mm与5.0mm之间的距对称平面的距离可导致可为10GHz或更大的带宽的增大，这取决于使用的贴片的具体基本轮廓。
最后备注
将显而易见的是，本发明不限于此处展示和描述的示范性实施例，但是在所附权利要求的范围内众多变体是可能，这将对本领域的技术人员不言自明。此外，基于本发明应了解，本发明具有包含众多发明性装置、组件、方面、方法等的众多实施例。在本文档中，对“本发明”的参考并不希望适用于本发明的所有实施例。
此概述意在提供对在说明书内揭示的概念的介绍，而不是在本发明内的延伸论述中提供的许多教示和在那些教示之后的变体的详尽列举。因此，此概述的内容不应用以限制随附权利要求的范围。
在一系列实例(即，展示多于一个发明性概念的一些实例)中说明了发明性概念。在不实施在特定实例中提供的所有细节的情况下，可以实施个别发明性概念。不必提供下文所提供的发明性概念的每一可能组合的实例，因为所属领域的技术人员将认识到，在各种实例中说明的发明性概念可以组合在一起以便解决具体应用。
在检查以下图和详细描述之后，所揭示的教示的其它系统、方法、特征和优势对所属领域的技术人员将显而易见或将变得显而易见。希望所有此类额外系统、方法、特征和优点包含在所附权利要求的范围内并且受到所附权利要求保护。
权利要求(例如，包含稍后添加的权利要求)的限制将基于在权利要求中使用的语言广义地进行解释，并且不限于在本说明中或在本申请案的诉讼期间描述的实例，所述实例应解释为非排他性的。举例来说，在本发明中，术语“优选地”是非排他性的并且意指“优选地，但不限于”。在本发明中和在本申请案的诉讼期间，构件加功能或步骤加功能限制将仅在以下情况下使用：对于具体的权利要求限制，所有以下条件将存在于该限制中：a)明确地叙述“用于……的构件”或“用于……的步骤”；b)明确地叙述对应功能；和c)不叙述结构、支持该结构的材料或动作。在本发明中和在本申请案的诉讼期间，术语“本发明”或“发明”可以用作对本发明内的一或多个方面的参考。语言本发明或发明不应该被不恰当地解释为临界性的识别，不应该被不恰当地解释为在所有方面或实施例上应用(即，应理解，本发明具有许多方面和实施例)，并且不应该被不恰当地解释为限制本申请案或权利要求的范围。在本发明中和在本申请案的诉讼期间，术语“实施例”可用以描述任何方面、特征、过程或步骤、其任何组合和/或其任一部分等。在一些实例中，各种实施例可包含重叠的特征。在本发明中，可使用以下缩写术语：“例如(e.g.)”，这表示“举例来说(for example)”。

Claims (66)

1.一种贴片天线，包括：
至少一个导电性贴片，
至少一个导电性接地平面，
至少一个馈入连接器，其与所述接地平面绝缘且传导性连接到至少一个贴片，以及
至少一个介电间隔物结构，其用于分开所述至少一个贴片与所述至少一个接地平面，
其中至少一个贴片由实质上超形的至少一个基本轮廓的至少一部分定义，其中所述超形的基本轮廓由极函数定义：
其中：
为位于XY平面中的曲线，
为角坐标，
m1≠0且m2≠0，且
其中n1、n2和n3中的至少一个不等于2，
且优选地，n1、n2和n3中无一者等于2。
2.根据权利要求1所述的贴片天线，其中所述贴片天线包括多个贴片，所述多个贴片中的每一个优选地连接到单独的馈入连接器。
3.根据权利要求2所述的贴片天线，其中所述贴片相互隔一段距离定位。
4.根据权利要求2或3所述的贴片天线，其中每一贴片具有实质上超形的基本轮廓。
5.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中连接到所述馈入连接器的所述至少一个贴片充当主要贴片，且其中所述贴片天线进一步包括在距所述主要贴片一段距离处定位的至少一个次要贴片，使得主要贴片和次要贴片被配置以相互电磁作用。
6.根据权利要求5所述的贴片天线，其中所述至少一个主要贴片和所述至少一个次要贴片的集合具有实质上超形的组合基本轮廓。
7.根据权利要求5或6所述的贴片天线，其中所述至少一个主要贴片和所述至少一个次要贴片由至少一个槽相互分开，其中所述至少一个槽具有实质上超形的基本轮廓。
8.根据权利要求5到7中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述至少一个主要贴片和所述至少一个次要贴片由至少一个槽相互分开，其中槽具有实质上恒定宽度，优选地，在4mm直到6mm的范围中。
9.根据权利要求5到8中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个主要贴片至少部分围封至少一个次要贴片。
10.根据权利要求5到9中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个次要贴片至少部分、优选地完全围封至少一个主要贴片。
11.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片具备至少一个切开。
12.根据以上权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述间隔物结构包括衬底，所述衬底包括至少一个介电衬底层，所述衬底定位于所述接地平面与所述至少一个贴片之间。
13.根据权利要求12所述的贴片天线，其中所述介电衬底层变为印刷电路板(PCB)的部分。
14.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中m≥1。
15.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中a≠b。
16.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个接地平面由实质上超形的基本轮廓定义，其中所述超形的基本轮廓由所述极函数定义：
其中：
为位于XY平面中的曲线，
为角坐标，
m1≠0且m2≠0，且
其中n1、n2和n3中的至少一个不等于2，
且优选地，n1、n2和n3中无一者等于2。
17.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片具有关于x轴和y轴对称的基本轮廓，按x轴和y轴来定义所述贴片的平面。
18.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中多个贴片具有其在对称位置处连接的相应馈入连接器。
19.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片具有具有实质上圆的圆周边缘的基本轮廓。
20.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片具有具有实质上凸圆周边缘的基本轮廓。
21.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述间隔物结构和/或所述接地平面具有实质上圆形或椭圆形形状，其中优选地，所述衬底层与接地平面实质上叠合。
22.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述馈入连接器在所述贴片上的偏心位置处连接到至少一个贴片，优选地在所述贴片的所述边缘附近或处。
23.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片为实质上由导电性金属制成的薄片，优选地，由铜、银和/或金制成。
24.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片具有在1微米与10微米之间、优选地在3微米与4微米之间、更优选地约3.5微米的厚度。
25.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片的所述主表面具有在2cm2与100cm2之间的大小。
26.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片与所述接地平面的面向表面之间的距离在2毫米与20毫米之间。
27.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述接地平面面向所述贴片的主表面的大小在最低工作频率下具有一个波长乘一个波长的大小。
28.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片的所述基本轮廓在实质上平行于由所述接地平面界定的平面的方向上延伸。
29.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片被配置以接收电磁辐射。
30.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片被配置以发射电磁辐射。
31.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述贴片被配置以在一或多个窄频带中操作。
32.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在5GHz频带中操作。
33.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在2.4GHz频带中操作。
34.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在9GHz或10GHz频带中操作。
35.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述接地平面至少部分由金属制成。
36.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述馈入连接器包括实质上平行于所述接地平面延伸的微带。
37.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述馈入连接器被引导通过在所述接地平面中提供的孔洞。
38.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述天线包括至少一个处理器以在辐射发射模式与辐射接收模式之间自动地切换所述馈入连接器，以用于所述天线的双向通信。
39.根据权利要求38所述的贴片天线，其中所述处理器被配置以在第一频带与第二频带之间自动地切换，以用于在每一频带中的双向通信。
40.根据先前权利要求中任一权利要求所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从0.5GHz直到4GHz或从2GHz到20GHz或从0.5GHz到20GHz的宽频率范围中操作。
41.一种用于发射和接收电磁信号的天线系统，其包括根据先前权利要求中任一权利要求所述的至少一个贴片天线。
42.根据权利要求41所述的天线系统，其中所述天线系统包括根据权利要求39到40中任一权利要求的多个MIMO配置的贴片天线。
43.根据权利要求42所述的天线系统，其中所述系统包括至少两个双带段贴片天线，和用于在所述两个频带的至少一个中切换的至少一个处理器，因此确保所述信号在此频带中的接收和发射的多样性。
44.一种制造根据权利要求1到40中任一权利要求所述的天线的方法，包括：
A)设计至少一个贴片，使得所述贴片由实质上超形的至少一个基本轮廓的至少一部分定义，所述超形由极函数定义：
其中：
为位于XY平面中的曲线，
为角坐标，
m1≠0且m2≠0，且
其中n1、n2和n3中的至少一个不等于2，
且优选地，n1、n2和n3中无一者等于2，
B)通过使用间隔物结构组装接地平面、所述至少一个贴片和与所述接地平面绝缘且传导性连接到至少一个贴片的馈入连接器，其中所述贴片与所述接地平面由所述间隔物结构分开。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述间隔物结构包括预定厚度的介电材料的衬底层，其存在于所述接地平面与所述至少一个贴片之间。
46.根据权利要求45所述的方法，其中至少一个贴片沉积到所述衬底上。
47.根据权利要求45或46所述的方法，其中所述接地平面沉积到所述衬底上。
48.根据权利要求45到47中任一权利要求所述的方法，其中在步骤B)期间，将多个贴片附着到所述衬底，其中每一贴片连接到其自身的馈入连接器。
49.根据权利要求48所述的方法，其中至少一个贴片被配置以在第一频带中通信，且至少一个其它贴片被配置以在第二频带中通信。
50.一种用于通过使用根据权利要求1到40中任一权利要求所述的贴片天线在无线通信中使用的方法，所述方法包括将通信电路连接到天线网络的步骤，所述网络包括根据权利要求1到40中任一权利要求所述的多个贴片天线，每一天线被优化以用于在至少一个指明的频带中操作。
51.根据权利要求50所述的方法，其中所述通信电路包括发射器。
52.根据权利要求50或51所述的方法，其中所述通信电路包括接收器。
53.根据权利要求中50到52中任一权利要求所述的方法，其中所述通信电路包括收发器。
54.根据权利要求50到53中任一权利要求所述的方法，其中每一贴片天线被优化以用于在多个频带中操作。
55.根据权利要求50到54中任一权利要求所述的方法，其中所述多个指明的频带中的每一个包括单一频率。
56.根据权利要求50到55中任一权利要求所述的方法，其中所述多个贴片天线并联连接。
57.根据权利要求50到56中任一权利要求所述的方法，其中所述多个贴片天线串联连接。
58.一种如在根据权利要求1到40中任一权利要求所述的天线中使用的贴片。
59.一种无线通信装置的RF收发器，其包括根据权利要求1到40中任一权利要求所述的至少一个贴片天线。
60.一种电子装置，其包括根据权利要求59所述的RF收发器。
61.根据权利要求40所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中那贴片由所述极函数定义：
其中：
m1等于m2且范围从1到3.5；
a＝b＝1；
n3等于n2且范围从0.7到3；且
n1范围从0.5到3，
且更具体地说，其中：
m1等于m2且范围从1到3.5；
a＝b＝1；
与任一者组合：
n1＝3，同时n3等于n2且选自3、1和0.7；
n1＝1，同时n3等于n2且选自3、2.5和1；
n1＝0.7，同时n3等于n2且为3；或
n1＝0.5，同时n3等于n2且为2.5。
62.根据权利要求40所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中那贴片由所述极函数定义：
其中：
m1＝m2＝1；
a＝b＝1；
n3等于n2且范围从1到10；
n1范围从1到1.5。
63.根据权利要求40所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中那贴片由所述极函数定义：
其中：
m1等于m2且范围从3.6到4.5；
a＝b＝1；
n3＝n2＝3；且
n1＝3。
64.根据权利要求40所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从2GHz到20GHz的宽频率范围中操作，且其中那贴片具备为所述贴片内的切除区的槽，
其中所述贴片由所述极函数定义：
其中将所述以上极函数乘以比例因数c1，且其中
m1＝m2＝2.25；
a＝b＝1；
n3＝n2＝3；且
n1＝1.48，
其中所述贴片内的所述槽由所述极函数定义：
其中将所述以上极函数乘以比例因数c2，且其中
m1＝m2＝2.36；
a＝b＝1；
n3＝n2＝2.83；且
n1＝1.43；
且其中c1大于c2且c2为至少1，优选地c1为c2的至少两倍大，更优选地，c1＝11.16且c2＝4.4。
65.根据以上权利要求61到64中任一权利要求所述的贴片天线，其中所述馈入连接器为微带线，其在平行于所述贴片的垂直对称平面的定向上在距所述对称平面一段距离处提供，所述距离大于所述微带线的宽度。
66.根据权利要求40所述的贴片天线，其中至少一个贴片被配置以在范围从0.5GHz到4GHz的宽频率范围中操作，且其中那贴片由所述极函数定义：
其中：
m1＝m2＝1；
a＝b；且
n3＝n2。
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