超天线制造技术

描述一种便宜的小型可印刷超天线系统。除了小于现有天线之外，所述超天线相较于现有天线的改善之处在于其为全向的且具有更广泛的增益功能及更佳的效率。一些实施例包括具有环形状的主要元件和两个由所述主要元件围封的寄生元件。每个寄生元件可塑形为具有开口的环。所述两个寄生元件的所述开口可分别定位成邻近于所述主要元件的相对侧。

【技术实现步骤摘要】
超天线
本公开涉及天线设计。更具体来说，本公开涉及小而便宜的全向可印刷超天线，其具有较宽的阻抗带宽和接近恒定的增益。
技术介绍
无线通信为移动计算技术的关键组分。网络应用，如网页浏览、流媒体和数据消耗的其它形式正日益转向移动装置。另外，物联网(InternetofThings；IoT)的持续发展进一步刺激对更先进无线通信技术的需求。在各种无线通信技术之间，天线设计仍是极其重要的部分。用于移动装置的许多天线是基于偶极天线或平面倒F天线(planarinverted-F；PIFA)设计，所述设计遭受许多缺点。一般来说，尤其在基于正交幅度调制(quadratureamplitudemodulation；QAM)(其中幅度为信号的关键部分)的数字通信中，偶极天线常常需要天线的尺寸为对应于传输频率的波长的约一半。这类天线可能过大而无法在无性能损害下用于许多应用。此外，基于偶极的天线通常具有较窄的阻抗带宽，例如目标频率的约10％的带宽。因此，这些天线并非容易地适用于宽带宽应用并常常在用于不同环境时遭受性能下降。另外，常规天线可能不具有预期用途的理想方向性。
技术实现思路
本文中所描述的一个实施例提供一种天线。此天线包含具有环形状的主要元件和两个由主要元件围封的寄生元件。每个寄生元件塑形为具有开口的环。两个寄生元件的开口分别定位成邻近于主要元件的相对侧。在此实施例的变型中，主要元件具有基本上矩形形状。在此实施例的变型中，主要元件的长边基本上等于所需传输波长的四分之一。在此实施例的变型中，主要元件的短边基本上等于所需传输波长的八分之一。在此实施例的变型中，主要元件包含充当馈电点的开口。主要元件的开口安置在约主要元件的长边的中点处。在此实施例的变型中，天线的标称阻抗为约100欧姆。在此实施例的变型中，主要元件和寄生元件包含印刷在表面上的导电墨水。在此实施例的变型中，主要元件和寄生元件包含沉积在衬底上的金属迹线。在此实施例的变型中，主要元件被配置成直接由微分RF信号驱动。附图说明图1展示根据本专利技术的一个实施例的超天线系统的示例性几何形状。图2A说明根据本专利技术的一个实施例的共振超天线系统的另一示例性几何形状。图2B说明根据本专利技术的一个实施例的共振超天线系统的另一示例性几何形状。图3说明根据本专利技术的一个实施例的超天线系统中的瞬时电流。图4A呈现根据本专利技术的一个实施例，说明示例性超天线辐射方向图的二维图式。图4B呈现根据本专利技术的一个实施例，说明示例性超天线辐射方向图的三维透视图。图5说明根据本专利技术的一个实施例，覆盖若干谱带的示例性回波损耗光谱。图6A说明根据本专利技术的一个实施例，安装在墙壁上时超天线系统的运行。图6B说明根据本专利技术的一个实施例，在具有不同厚度和材料的墙壁环境中运行时超天线系统的稳固性。图7A说明根据本专利技术的一个实施例利用超天线系统的示例性装置。图7B说明根据本专利技术的一个实施例利用超天线的多输入多输出(multiple-inputandmultiple-output；MIMO)系统。图7C说明根据本专利技术的一个实施例，在相控阵系统内使用超天线。图8说明根据本专利技术的一个实施例，示例性网络内超天线系统的运行。在图式中，相同参考标号指代相同图式元件。具体实施方式呈现以下描述以使所属领域的技术人员能够制备并且使用实施例，并且在特定应用以及其要求的背景下提供以下描述。所属领域的技术人员将易于清楚对所公开的实施例的各种修改，并且在不脱离本专利技术的精神和范围的情况下，本文中本所定义的一般原理可以应用于其它实施例和应用。因此，本专利技术不限于所展示的实施例，而是应符合与本文本所公开的原理以及特征一致的最宽范围。概述本专利技术的实施例通过提供小而便宜的天线系统解决与基于偶极的天线的大尺寸、窄带宽和定向性相关的问题，所述天线系统可以用导电墨水印刷在衬底上。除了小于常规天线之外，所公开的天线系统可以为全向的，具有较宽的增益窗口和较佳的效率，并且因此在不同操作环境中为稳固的。所公开的天线系统可以包括主天线元件和电感耦合到主天线元件的共振器。主天线元件可以包括位于平面上的导电电路(其可以是迹线)。共振器可以包括位于同一平面上并围封在主天线元件的导电电路内的两个非交叉共振元件。因为本专利技术天线系统利用类似于用于超材料的那些原理的原理，所以此天线系统也可以被称作“超天线”。本专利技术超天线系统可以实现较宽带宽，用微分RF信号直接馈送，并通过包括两元件电感耦合共振器促进显著减小的尺寸。具体地说，现有偶极或环路天线通常具有共振频率波长约一半的高度(假设天线竖直安置)。相比之下，所公开的超天线系统可以具有共振波长约四分之一的高度。因此，超天线为可比偶极天线的尺寸的约一半。此外，所公开的天线系统可以在大得多的带宽内提供平坦增益轮廓(共振频率的约40％)。系统可以在不同环境中运行并可包容较宽的阻抗变化。另外，此超天线系统可以用微分RF信号直接馈送，这避免对平衡-不平衡变压器的需要。因此需要较少的组件，这降低生产成本。所公开超天线的小尺寸、变通性和低成本使其对于移动应用，尤其IoT而言为极佳的。具体来说，超天线系统非常适合用于多输入多输出(MIMO)装置。举例来说，对于如路由器的Wi-Fi装置，超天线使其在小路由器内包括多个高性能天线技术上和经济上可行，从而提供多个无线通道。超天线可以使用常规工艺制造(例如通过蚀刻沉积于膜或衬底上的Cu)，这可以产生可以焊接组件的挠性电路。超天线也可以印刷在衬底(如聚萘二甲酸乙二醇酯或PEN)上，作为电路的部分或作为可以连接于其它装置的独立单元。这些期望特性归因于超天线的独特设计。如下文将描述，所公开的天线系统以两元件共振器机制为特征，其中两个寄生元件与主天线元件相互作用并彼此相互作用。此多元件共振系统可以表现为紧密耦合的阵列的家族。超天线系统的设计图1展示根据本专利技术的一个实施例的超天线系统的示例性几何形状。在此实例中，超天线系统100包括主天线元件104和两个寄生元件106和108。主天线元件104可以是环形天线，其通过馈电电路102馈送微分RF信号。寄生元件106和108并列安置在与主天线元件104相同的平面中并由主天线元件104围封。寄生元件106和108可以被相同或基本上相同地塑形。在一个实施例中，寄生元件106和108中的每一个塑形为如分别具有开口112和114的环(例如呈类似于字母“C”的形状)。此外，开口112和114可定位在主天线元件104内的相对侧(即接近沿着主天线元件104的较长侧的两个末端)。寄生元件106和108彼此绝缘并与主天线元件104绝缘，并且安置地充分接近于主天线元件104，使得在运行期间可以在其中感应交流电。在一个实施例中，主天线元件104可以具有矩形或基本上矩形形状，其中其较长边基本上等于(例如在±10％内)或略微长于(例如不超过110％)所需传输波长的四分之一，并且其较短边基本上等于(例如±10％内)、略微长于(例如不超过110％)、或略微短于(例如不小于90％)所需波长的八分之一。对于许多应用而言，竖直极化辐射为期望的(因为大多数传输和接收天线竖直安置)。假设超天线竖直安置(例如沿着竖直保持的典型智能手机的长度)，那么超天线的高度约为所需传输波长的四分之一，并且宽度约为此波长的八分之一。相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线，包含：具有环形状的主要元件；和两个由所述主要元件围封的寄生元件，其中每个寄生元件塑形为具有开口的环，并且其中所述两个寄生元件的所述开口分别定位成邻近于所述主要元件的相对侧。

【技术特征摘要】
2017.08.04 US 15/6697251.一种天线，包含：具有环形状的主要元件；和两个由所述主要元件围封的寄生元件，其中每个寄生元件塑形为具有开口的环，并且其中所述两个寄生元件的所述开口分别定位成邻近于所述主要元件的相对侧。2.根据权利要求1所述的天线，其中所述主要元件具有基本上矩形形状。3.根据权利要求2所述的天线，其中所述主要元件的长边基本上等于所需传输波长的四分之一。4.根据权利要求2所述的天线，其中所述主要元件的短边基本上等于所需传输波长的八分之一。5.根据权利要求1所述的共振天线，其中所述主要元件和所述寄生元件包含印刷在...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·W·丹尼尔，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：美国,US