使用超材料的天线隔离制造技术

本发明专利技术公开了一种包括晶胞的阵列的超材料，每个晶胞由至少一个导电轨道形成。至少一个晶胞的至少一个导电轨道具有与其它晶胞的至少一个导电轨道不同的长度或宽度或厚度。超材料可置于两个或更多个天线之间以改善天线之间的隔离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用超材料的天线隔离
本专利技术涉及通过使用超材料来改善天线之间的隔离的技术，涉及超材料本身，并且涉及包括这样的超材料的天线装置。
技术介绍
超材料是设计成具有自然中不存在的性质的人造材料。天然存在的材料表现出由其原子和分子结构决定的电磁特性。利用超材料，通过向材料中引入比传播通过该材料的电磁波的波长更小的结构特征来改变电磁特性。通常,这些特征将具有λ /10至λ /20的尺寸。在其最简单的形式中，这些结构特征是在诸如FR4(通常在印刷电路板(PCB)中使用)的介电基板上制造的分布式电容和电感元件。更复杂的结构是可能的，并且诸如商用电容器的分立部件的使用也已被探索过。从天线设计者的角度来看，超材料的潜在地最有用的性质之一是具有负折射率的结构的设计。负折射率材料不是天然存在的，因为所有天然材料的介电常数ε和磁导率μ两者都具有正值。负折射率材料有许多有趣的性质，包括对衍射的正常几何规则的改变、多普勒频移的反转等。然而，无线电和天线工程师通常最感兴趣的性质是具有负ε或负μ (但不是两者)的材料对于电磁辐射不透明。透明材料的电磁性质完全由参数ε和μ指定，但通常的做法是指从η = 土 确定的折射率η。当η变为负数时，诸如FR4的普通的介电基板材料(其在微波射频下为自然地半透明的)可以变得对无线电波不透明。这可以具有用于使天线免受附近的导电表面的影响和用于改善天线之间的隔离的应用。可以在微波频率下使用设计成具有适当的电容C和电感L的导电元件的阵列来构造负折射率超材料。最早和最常使用的元件之一是开口环式谐振器(SRR) [Pendry, JB.; AJ Holden, DJ Robbins，and WJ Stewart.Magnetism from Conductors and EnhancedNonlinear Phenomena IEEE Trans.Microwave Theory Tech 47 (11): 2075-2084，1999]。每个SRR元件包括两个或更多个同心环，每个同心环都具有开口。每个元件的电容由同心环之间的近间距产生，并且电感由用来形成环的细印刷迹线产生。已知提供具有双L形谐振器包含物的左手超材料[J.H.Lv, X.ff.Hu, M.H.Liu,B.R.YanandL H.Kong.: Negative refraction of a double L-shaped metamaterial〃，J.0pt.A: Pure App1.0pt.11 085101，2009]。这里，L形谐振器由在FR4基板上的铜线形成，其中每个晶胞(unit cell)包括一对布置成彼此相对地旋转180°的L形谐振器。还从Hsu，C-C 等人已知[Design of MIMO Antennas with Strong Isolationfor Portable Applications; IEEE Antennas and Propagation Society InternationalSymposium, 2009，pp 1-4]提供具有由周边轨道围绕的背对背L形导电构件的超材料。超材料可以置于MIMO天线对之间以改善隔离。其它超材料包括具有开口环式谐振器晶胞的那些，如例如在Moser，H O等人的文献中所述[Electromagnetic metamaterials over the whole THz range - achievementsand perspectives; ELECTROMAGNETIC MATERIALS Proceedings of the Symposium R，ICMAT2005 (World Scientific Publishing C0.): 18]。常用的微波射频为2.4GHz，该频率用于Bluetooth ?链路、无线局域网(WLAN)等。在2.4GHz下的波长为约120_，并且这样阵列中的每个LC元件可能预计具有典型地大约6-12mm的尺寸。
技术实现思路
现代无线电通信系统常常利用天线分集或MIMO(多输入多输出)天线技术。分集系统和MMO系统两者都需要在相同时间且在相同频率下操作的不止一个天线，并且这样天线之间的良好隔离就变得重要。差的隔离导致天线效率的损失，因为来自一个天线的功率结束于其它天线中，而不是被辐射。差的隔离还导致分集和MIMO性能的损失，因为天线之间的耦合意味着它们没有充分独立地接收无线电多径环境的样本。从第一方面来看，提供了一种包括各自由至少一个导电轨道形成的晶胞的阵列的超材料，其中至少一个晶胞的至少一个导电轨道具有与其它晶胞的至少一个导电轨道不同的长度或宽度或厚度。超材料可包括形成于介电基板上或介电基板中的晶胞的2D阵列。在一些实施例中，超材料可包括晶胞的2D阵列的叠堆，晶胞的每个2D阵列形成于相应的介电基板上或介电基板中。叠堆中的至少一个介电基板可由具有与叠堆中的至少一个其它介电基板不同的介电常数的材料制成。这可以帮助改善超材料在两个或更多个天线之间提供隔离的带宽。超材料可包括在介电基板的第一表面上的晶胞的第一 2D阵列，以及在介电基板的相对的第二表面上的晶胞的第二 2D阵列。晶胞的至少一个另外的2D阵列可以形成为在第一和第二 2D阵列之间的介电基板内的填隙层中。至少一个2D阵列的晶胞可以各自由至少一个导电轨道形成，该至少一个导电轨道具有与至少一个其它2D阵列中的晶胞的至少一个导电轨道不同的长度或宽度或厚度。这可以帮助改善超材料在两个或更多个天线之间提供隔离的带宽。至少一个且通常每个晶胞可包括配置为开口环式谐振器的至少一个导电轨道。开口环式谐振器可以是关于镜面对称的或者可以是非对称的。在本文的上下文中，非对称表示不具有垂直于导电轨道的平面的镜面对称平面的开口环式谐振器。非对称布置可以在比对称布置更宽的带宽上提供隔离。至少一个晶胞可包括第一和第二 L形导电构件，其背对背设置在平面中且在构件之间具有间隙，并且由周边导电轨道连接在一起，该周边导电轨道从第一 L形导电构件的臂延伸至第二 L形导电构件的臂，以便基本上围绕平面中的两个L形导电构件。优选地，L形导电构件、开口环式谐振器和/或周边导电轨道形成于介电基板(例如，诸如Duroid?或FR4的印刷电路板(PCB)基板)上或诸如用于柔性电路的柔性塑料基板上。在一些实施例中，L形导电构件、开口环式谐振器和/或周边导电轨道可以印刷或形成于胶带形式的介电基板上，该介电基板可以接着根据需要施加到PCB基板上。在一些实施例中，周边导电轨道可以是轮廓上大体矩形的。备选地，可以采用大体圆形、椭圆形、卵形或其它多边形的轮廓。间隙可以限定在周边导电轨道中，其对应于背对背L形导电构件之间的间隙。换言之，周边导电轨道可以在两个L形构件之间开裂。备选地，周边导电轨道不在两个L形构件之间开裂，而是形成连续的周边。元件的阵列可被配置为具有大体2D配置的nXm阵列。备选地，元件的阵列可被配置为具有大体3D配置的I X η X m阵列。在另一些实施例中，若干层超材料可以彼此上下堆叠，其中在每个层上形成有相同或不同的2-D阵列元件。在任何给定的阵列内的元件可以大体上具有相同的形状和尺寸。备选地，在任何给定的阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括晶胞的阵列的超材料，每个晶胞由至少一个导电轨道形成，其中至少一个所述晶胞的至少一个导电轨道具有与其它晶胞的至少一个导电轨道不同的长度或宽度或厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.08.24 GB 1114625.51.一种包括晶胞的阵列的超材料，每个晶胞由至少一个导电轨道形成，其中至少一个所述晶胞的至少一个导电轨道具有与其它晶胞的至少一个导电轨道不同的长度或宽度或厚度。2.根据权利要求1所述的超材料，包括形成于介电基板上或介电基板中的晶胞的2D阵列。3.根据权利要求1所述的超材料，包括晶胞的2D阵列的叠堆，晶胞的每个2D阵列形成于相应的介电基板上或形成于相应的介电基板中。4.根据权利要求3所述的超材料，其中所述叠堆中的至少一个介电基板由具有不同于所述叠堆中的至少一个其它介电基板的介电常数的材料制成。5.根据权利要求1所述的超材料，包括在介电基板的第一表面上的晶胞的第一2D阵列，以及在所述介电基板的相对的第二表面上的晶胞的第二 2D阵列。6.根据权利要求5所述的超材料，还包括形成为在所述第一和第二2D阵列之间的介电基板内的填隙层中的晶胞的至少一个另外的2D阵列。7.根据权利要求3至6中的任一项所述的超材料，其中至少一个2D阵列的晶胞各自由至少一个导电轨道形成，所述至少一个导电轨道具有与至少一个其它2D阵列中的晶胞的至少一个导电轨道不同的长度或宽度或厚度。8.根据任何前述权 利要求所述的超材料，其中至少一个晶胞包括配置为开口环式谐振器的至少一个导电轨道。9.根据任何前述权利要求所述的超材料，其中每个晶胞包括配置为开口环式谐振器的至少一个导电轨道。10.根据任何前述权利要求所述的超材料，其中至少一个晶胞包括第一和第二L形导电构件，所述第一和第二L形导电构件背对背设置在平面中且在所述构件之间具有间...

【专利技术属性】
技术研发人员：M哈珀，
申请(专利权)人：微软公司，
类型：发明
国别省市：美国;US