使用高介电常数的高介电谐振器的介电耦合透镜制造技术

本公开提供了针对包含高介电谐振器的透镜的技术。在一个示例中，透镜包括用于传播电磁波的基板以及分散在整个所述基板中的多个谐振器。所述多个谐振器中的每个具有至少部分地基于所述电磁波的波长选择的直径，并且由具有至少部分地基于电磁波的频率选择的谐振频率的电介质材料形成。所述多个谐振器中的每个还具有大于基板的相对介电常数的相对介电常数。所述多个谐振器中的至少两个根据晶格常数在所述基板内隔开，所述晶格常数限定所述第一谐振器的中心与相邻的第二谐振器的中心之间的距离。

Dielectric coupling lens using high dielectric constant high dielectric resonator

The present disclosure provides techniques for a lens comprising a high dielectric resonator. In one example, the lens includes a substrate for propagating electromagnetic waves and a plurality of resonators dispersed throughout the substrate. Each of the plurality of resonators have at least partially based on the diameter of the electromagnetic wave wavelength selection, forming a dielectric material and the resonant frequency is at least partially based on the electromagnetic wave frequency of choice. Each of the plurality of resonators also has a relative dielectric constant larger than the relative dielectric constant of the substrate. At least two of the plurality of resonators are separated from the substrate in accordance with the lattice constant, which defines the distance between the center of the first resonator and the center of the adjacent second resonator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用高介电常数的高介电谐振器的介电耦合透镜
本公开涉及波聚焦技术。
技术介绍
可用的射频频谱经常受到司法法规和标准的限制。对带宽(即，增大的数据吞吐量)的不断增加的需求导致出现了提供光纤数据速率并且可支持密集部署架构的多种无线点到点技术。毫米波通信系统可以用于这个功能，提供了短链路、高数据速率、低成本、高密度、高安全性以及低传输功率的运行优点。这些优点使毫米波通信系统有益于发送射频频谱中的各种波。同轴电缆可用于载送毫米波，但目前将电缆结合到毫米波通信系统中非常昂贵。
技术实现思路
一般来讲，本公开涉及包含高介电谐振器的透镜。透镜包括基板和分散在整个基板中的多个高介电谐振器，其中多个高介电谐振器中的每个高介电谐振器具有相对于基板的相对介电常数的高相对介电常数，并且其中多个高介电谐振器以几何图样布置，使得一个高介电谐振器的谐振向任何周围高介电谐振器传输能量。在一个实施方案中，本公开涉及包含高介电谐振器的透镜。在一个示例中，透镜包括用于传播电磁波的基板以及分散在整个基板中的多个谐振器。多个谐振器中的每个具有至少部分地基于电磁波的波长选择的直径，并且由具有至少部分地基于电磁波的频率选择的谐振频率的电介质材料形成。多个谐振器中的每个还具有大于基板的相对介电常数的相对介电常数。多个谐振器中的至少两个根据晶格常数在基板内隔开，所述晶格常数限定第一谐振器的中心与相邻的第二谐振器的中心之间的距离。在另一个实施方案中，本公开涉及一种波导系统设备。设备包括波导、天线、以及定位在天线和波导之间的透镜。透镜包括用于传播由天线发送或接收的电磁波的基板以及分散在整个基板中的多个谐振器。多个谐振器中的每个具有至少部分地基于电磁波的波长选择的直径，并且由具有至少部分地基于电磁波的频率选择的谐振频率的电介质材料形成。多个高介电谐振器中的每个具有大于基板的相对介电常数的相对介电常数。多个谐振器中的至少两个根据晶格常数在基板内隔开，所述晶格常数限定第一谐振器的中心与相邻的第二谐振器的中心之间的距离。在另一个实施方案中，本公开涉及形成透镜的方法。该方法包括形成电介质材料的多个谐振器，该电介质材料具有至少部分地基于待与透镜一起使用的电磁波的频率选择的谐振频率。谐振器中的每个具有至少部分地基于电磁波的波长选择的直径。多个谐振器中的每个具有大于基板的相对介电常数的相对介电常数。多个谐振器中的至少两个根据晶格常数被布置成在基板内隔开，所述晶格常数限定第一谐振器的中心与相邻的第二谐振器的中心之间的距离。附图和下文的说明中示出了本公开的一个或多个实施方案的详情。从说明书和附图以及权利要求书中将显而易见本公开的其它特征、目标和优点。附图说明图1为示出根据本公开的一种或多种技术的包括波导和具有高介电谐振器的介电耦合透镜的示例系统的框图。图2A-2D为示出根据本公开的一种或多种技术的部件诸如波导、透镜、以及天线的示例布置的框图。图3A-3D为示出根据本公开的一种或多种技术的不同示例系统中的示例电磁场的概念图。图4为示出根据本公开的一种或多种技术的图3A-3D的框图中电磁场强度的图例的框图。图5为示出根据本公开的一种或多种技术的不同系统中不同频率下信号的大小的图。图6A-6C为示出根据本公开的一种或多种技术的各种能够用于HDR的结构的形状的框图。图7为示出根据本公开的一种或多种技术的形成具有多个谐振器的透镜的方法的流程图。具体实施方式本公开描述了能够用于改善天线与波导之间耦合效率的透镜结构。透镜结构包括由低相对介电常数材料形成的基板，以及在基板内隔开使得允许HDR之间的能量传输的多个高介电谐振器(HDR)。HDR是被制作成在特定频率下谐振并可由例如陶瓷类材料构造的物体。当电磁(EM)波具有处于或接近HDR穿过HDR的谐振频率的频率时，波的能量被放大。当在HDR之间传输的能量与因HDR的谐振而放大的EM波能结合被接收时，EM波的功率比比单独穿过波导的波的功率比大三倍。使用该透镜结构作为波导和天线之间的接合部产生了同轴电缆的低损耗和低反射替代物以及各种通信系统中的其它点对点技术。图1为示出根据本公开的一种或多种技术的包括波导和具有高介电谐振器的介电耦合透镜的示例系统的框图。在该系统10中，波导12具有延伸穿过波导12的端口14。透镜16定位在波导12和天线20之间。透镜16包括多个以几何图案遍布于整个透镜16的HDR18。透镜16接收来自天线20的信号，所述信号传播通过HDR18并进入波导12的第一端部。信号可为电磁波、或声波等等。在一些示例中，信号为60GHz毫米波信号。信号通过端口14离开波导12。波导12是引导波的结构。波导12大体将信号限定为在一个维度上行进。当在开放空间中时，波通常像球面波一样在所有方向上传播。当发生这种情况时，波以与所行进距离的平方成比例地丢失其功率。在理想条件下，当波导将波限定为仅在单一方向上行进时，波在传播时丢失极少至不丢失功率。波导12为在其长度的每个端部处具有开口的结构，两个开口(即端口，诸如端口14)通过沿波导12内部长度的中空部分连接。波导12可由例如铜、黄铜、银、铝或具有低体积电阻率的其它金属制成。在一些示例中，如果波导12的内壁镀有低体积电阻率金属，则波导12可由具有不良导电特性的金属、塑料、或其它非导电材料制成。在一个示例中，波导12的尺寸为2.5mm×1.25mm，并由相对介电常数εr＝2.1并且损耗正切＝0.0002的制成，波导12的内壁上具有1mm厚的铝镀层。透镜16为例如由低相对介电常数材料基板(诸如)制成的结构。在其它示例中，透镜16的基板部分可由材料诸如石英玻璃、堇青石、硼硅酸盐玻璃、全氟烷氧基、聚乙烯、或氟化乙丙烯制成。在一些示例中，透镜16为梯形形状，其中楔形端部靠近波导12的一个端部定位。在其它示例中，透镜16具有矩形形状。其它示例可采用具有其它各种形状的透镜。在一个示例中，透镜16由长度2mm的基板形成，其中HDR球体的半径为0.35mm，其中天线20和透镜16之间的间距为1.35mm。在一些实施方案中，透镜16包括多个以几何图案布置在基板内的HDR18。一般来讲，若要改善耦合效率，几何图案可被设计成拟合波导尺寸。在一些示例中，该图案为等距间隔的HDR18在离波导12最远的竖直面上的3×3网格，并且三个等距间隔的HDR18的垂直线在3×3网格和波导12之间居中对齐，其中三个等距间隔的HDR18的垂直线匹配波导12和端口14的尺寸。该几何图案可具有聚焦益处。从顶视图看，HDR的布置采用三角形的形式。EM波(具体为处于或接近HDR的谐振频率的那些)被靠近天线的透镜16的前部中的九个HDR中的任一个捕获。在一些示例中，谐振频率被选择成匹配电磁波的频率。在一些示例中，多个谐振器的谐振频率在毫米波段内。在一个示例中，多个谐振器的谐振频率为60GHz。然后这些HDR中的每个可使波朝着在三个等距间隔HDR的单个垂直线上具有相同垂直布置的相应HDR折射。驻波在以大振幅振荡的透镜16中形成。这在最终经由端口14将波聚焦到波导12中之前甚至更进一步地放大了EM波的强度。HDR18还可以其它几何图案以具体间距布置。例如，如果需要，在一些示例中可使用两个球体的垂直线，诸如以匹配波导12的尺寸。HDR18能够以使得一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透镜，所述透镜包括：用于传播电磁波的基板；以及分散在整个所述基板中的多个谐振器，其中所述多个谐振器中的每个具有至少部分地基于所述电磁波的波长选择的直径，并且由具有至少部分地基于所述电磁波的频率选择的谐振频率的电介质材料形成，其中所述多个谐振器中的每个具有大于所述基板的相对介电常数的相对介电常数，并且其中所述多个谐振器中的至少两个根据晶格常数在所述基板内隔开，所述晶格常数限定所述谐振器中的第一谐振器的中心与相邻的所述谐振器中的第二谐振器的中心之间的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种透镜，所述透镜包括：用于传播电磁波的基板；以及分散在整个所述基板中的多个谐振器，其中所述多个谐振器中的每个具有至少部分地基于所述电磁波的波长选择的直径，并且由具有至少部分地基于所述电磁波的频率选择的谐振频率的电介质材料形成，其中所述多个谐振器中的每个具有大于所述基板的相对介电常数的相对介电常数，并且其中所述多个谐振器中的至少两个根据晶格常数在所述基板内隔开，所述晶格常数限定所述谐振器中的第一谐振器的中心与相邻的所述谐振器中的第二谐振器的中心之间的距离。2.根据权利要求1所述的透镜，其中，所述晶格常数小于所述电磁波的波长。3.根据权利要求1至2中任一项所述的透镜，其中，所述谐振频率被选择成匹配所述电磁波的频率。4.根据权利要求1至3中任一项所述的透镜，进一步地，其中所述晶格常数和所述谐振频率至少部分地基于待与所述透镜一起使用的波导来选择。5.根据权利要求1至4中任一项所述的透镜，其中，所述谐振器的直径与所述晶格常数的比率小于1。6.根据权利要求1至5中任一项所述的透镜，其中，所述多个谐振器中的每个具有比所述基板的相对介电常数大至少两倍的相对介电常数。7.根据权利要求1至6中任一项所述的透镜，其中，所述多个谐振器中的每个具有比所述基板的相对介电常数大至少十倍的相对介电常数。8.根据权利要求1至7中任一项所述的透镜，其中，所述多个谐振器的谐振频率在毫米波段内。9.根据权利要求1至8中任一项所述的透镜，其中，所述多个谐振器的谐振频率为60GHz。10.根据权利要求1至9中任一项所述的透镜，其中，所述多个谐振器由陶瓷材料制成。11.根据权利要求1至10中任一项所述的透镜，其中，所述多个谐振器由钡锌钽氧化物、钡锌钴铌、锆钛基材料、钛基材料、钛酸钡基材料、氧化钛基材料、Y5V、以及X7R中的一种制成。12.根据权利要求1至11中任一项所述的透镜，其中，所述基板由石英玻璃、堇青石、硼硅酸盐玻璃、全氟烷氧基、聚乙烯、以及氟化乙丙烯中的一种制成。13.根据权利要求1至12中任一项所述的透镜，其中，所述多个谐振器形成为球形形状、圆柱形形状、或立方体形状中的一种。14.一种形成透镜的方法，所述方法包括：形成电介质材料的多个谐振器，所述电介质材料具有至少部分地基于待与所述透镜一起使用的电磁波的频率选择的谐振频率，其中所述谐振器中的每个具有至少部分地基于所述电磁波的波长选择的直径，其中所述多个谐振器中的每个具有大于基板的相对介电常数的相对介电常数；以及将所述多个谐振...

【专利技术属性】
技术研发人员：金载源，道格拉斯·B·甘德尔，罗纳德·D·耶西，贾斯汀·M·约翰逊，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US