基于异向材料结构的天线、设备和系统技术方案

提供了在处理和操纵电磁波信号中使用一个或更多复合左右手（ＣＲＬＨ）异向材料结构的技术、装置和系统。能够基于ＣＲＬＨ异向材料结构来形成天线、天线阵和其他ＲＦ设备。能够将所描述的ＣＲＬＨ异向材料结构用于无线通信ＲＦ前端和天线子系统中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及异向材料(metamaterial, MTM)结构及其应用。
技术介绍
电磁波在大多数材料中的传播对于(E,H，(3 )矢量场遵守右手法则，其 中E为电场，H为^兹场，而(3为波矢(wave vector)。相速度的方向与信号 能量传播(群速度(group velocity))的方向相同，并且折射率为正数。这 样的材料为"右手的"(right handed, RH)。大多数自然材料是RH材料。 人工材料也能够是RH材料。异向材料是一种人工结构。当以结构化平均单位单元尺寸p来设计时， 该尺寸p远小于由异向材料引导的电磁能量的波长，对于所引导的电磁能量， 异向材料能够表现得像均勻介质一样。与RH材料不同，异向材料能够呈现 负的折射率，其中相速度的方向与信号能量传播的方向相反，在所述信号能 量的传播中(E，H，(3 )矢量场的相对方向服从左手法则。仅支持负折射率的 异向材料为"左手的"(lefthanded, LH)异向材料。12许多异向材料为LH异向材料和RH材料的混合，从而为复合的左右手 的(Composite Left and Right Handed, CRLH)异向材料。CRLH异向材料 能够在低频处表现得像LH异向材料一样，而在高频处表现得像RH材料一 样。在Caloz和Itoh的 "Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications" (John Wiley & Sons, 2006)中，描述了 各种各样的CRLH异向材料的设计和特性。Tatsuo Itoh在"Invited paper: Prospects for Metamaterials, ，， ( Electronics Letters, vol. 40, No. 16 ， 2004年8 月)中描述了 CRLH异向材料和它们在天线中的应用。能够构造并制造CRLH异向材料以呈现为了特定应用而定制的电》兹特 性，并且能够将所述CRLH异向材料用于其中使用其他材料可能为困难的、 不切实际的或不能实行的应用中。此外，可以使用CRLH异向材料来发展新 的应用并构建用RH材料不可能构建的新设备。
技术实现思路
其中，本申请描述将一个或多个复合左右手(CRLH)异向材料结构用 于处理并操纵电磁波信号中的技术、装置和系统。能够基于CRLH异向材料 结构来形成天线、天线阵和其他RF (Radio Frequency,射频)设备。例如， 能够将所描述的CRLH异向材料结构用于无线通信RF前端和天线子系统 中。在一种实施方式中，所描述的设备包括彼此间隔并被构造为形成复合左 右手(CRLH)异向材料结构的天线元件。每一天线元件的尺寸为与CRLH 异向材料结构谐振的信号的波长的十分之一，并且两个相邻的天线元件相互 间隔该波长的四分之一或更小。在另一种实施方式中，设备包括天线，在基片上形成，并且包括被构造 为形成复合左右手(CRLH)异向材料结构的单位单元；和RF电路元件， 在第二 CRLH异向材料结构中的基片上形成，并被耦合到天线。在再一种实施方式中，设备包括在基片上形成并包含天线元件的天线 阵。每一天线元件被构造为包括形成复合左右手(CRLH)异向材料结构的 单位单元。在基片上形成信号滤波器，并且将每一信号滤波器耦合到天线阵 的各自的天线元件的信号通路。所述设备还包括在基片上形成的信号放大 器，其中将每一信号放大器耦合到天线阵的各自的天线元件的信号通路。在基片上形成模拟信号处理电路，并将其经由信号滤波器和信号放大器耦合到 天线阵。模拟信号处理电路可操作用于处理被导向天线阵的信号或从所述天 线阵接收的信号。在再一种实施方式中，设备包括电介质基片，在第一侧上具有第一表面，并在与第一侧相对的第二侧上具有第二表面；导电膜片，在第一表面上 形成并且彼此分离；接地导电层，在第二表面上形成；导电通路连接器，在 基片中形成以将导电膜片连接到接地导电层，以分别形成单位单元，而所述 每一单位单元包含具有在第一表面上的、各自的导电膜片的容积(volume), 和将各自的导电通路连接到接地导电层的各自的通路连接器；和导电馈线， 具有位于导电膜片之中的一个导电膜片附近并被电耦合到该个导电膜片的 远端。所述设备被构造为从单位单元形成复合左右手(CRLH)异向材料结 构，并且每一单位单元的尺寸不大于与CRLH异向材料结构谐振的信号的波 长的六分之一。在再一种实施方式中，设备包括电介质基片，在第一侧上具有第一表 面，并在与第一侧相对的第二侧上具有第二表面；导电膜片，在第一表面上 形成并彼此分离；接地导电层，在第二表面上形成；和导电通路连接器，在 基片中形成以将导电膜片分别连接到接地导电层，以便形成多个单位单元。 每一单位单元包括具有在第一表面上的、各自的导电膜片的容积和将各自的导电通路连接到接地导电层的、各自的通路连接器。所述设备被构造为从单 位单元形成复合左右手(CRLH)异向材料结构，并且接地导电层被制成 (patterned)具有在各自的导电膜片下方的维度，以比各自的导电膜片的尺 寸更小。在再一种实施方式中，设备包括电介质基片，在第一侧上具有第一表 面，并在与第一侧相对的第二侧上具有第二表面；导电膜片，在第一表面上 形成并彼此分离以形成二维阵列；导电馈线，在第一表面上形成并被电连接 到所述导电膜片中的一个；接地导电层，在第二表面上形成；和导电通路连 接器，在基片中形成以将导电膜片分别连接到接地导电层，以便在呈现空间 各向异性的二维阵列中形成单位单元。每一单位单元包括具有在第一表面上 的、各自的导电膜片的容积和将各自的导电通路连接到接地导电层的、各自 的通路连接器。所述设备被构造为从单位单元形成复合左右手(CRLH)异 向材料结构，并且将导电馈线耦合到单位单元，所述单位单元偏离二维阵列的对称位置以在两个不同的频率处激发两种模式。在再一种实施方式中，设备包括电介质基片，在第一侧上具有第一表 面，并在与第一侧相对的第二侧上具有第二表面；导电膜片，在第一表面上 形成并彼此分离以形成二维阵列；第一导电馈线，在第一表面上形成并被电 耦合到所述导电膜片中的一个，所述导电膜片中的一个为沿着沿第一方向的 二维阵列的中心对称线的；第二导电馈线，在第一表面上形成并被电耦合到 所述导电膜片中的一个，所述导电膜片中的一个为沿着沿第二方向的二维阵 列的中心对称线的；接地导电层，在第二表面上形成；和导电通路连接器， 在基片中形成以将导电膜片分别连接到接地导电层，以便在二维阵列中形成 单位单元。每一单位单元包括具有在第一表面上的、各自的导电膜片的容积 和将各自的导电通路连接到接地导电层的、各自的通路连接器。所述设备被构造为从单位单元形成复合左右手(CRLH)异向材料结构，并且由单位单 元形成的CRLH异向材料结构为空间各向异性的，以便在两个不同的频率处 支持两种模式，所述两种模式分别在第 一馈线和第二馈线中。在再一种实施方式中，设备包括异向材料天线，包含电介质基片；公 共的导电层，在电介质基片的一侧上形成；导电衬垫的阵列，在电介质基片 的另一侧上彼此间隔，并与所述电介质基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包含：　多个天线元件，彼此间隔并被构造为形成复合左右手（ＣＲＬＨ）异向材料结构，每一天线元件的尺寸为与所述ＣＲＬＨ异向材料结构谐振的信号的波长的十分之一，两个相邻的天线元件相互间隔所述波长的四分之一或更少。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马哈阿乔尔，阿杰伊格默勒，马林斯托伊特切夫，弗兰兹伯克纳，
申请(专利权)人：雷斯潘公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]