一种近场辐射能流分布可调节的天线制造技术

本发明专利技术涉及一种近场辐射能流分布可调节的天线，所述天线包括常规天线以及覆盖在常规天线上的超材料，所述超材料包括基材以及附着在基材上的多个人造微结构。根据本发明专利技术的近场辐射能流分布可调节的天线，天线的外面覆盖有超材料，天线产生的辐射首先要先通过超材料，然后才能辐射到自由空间，通过超材料的电磁波其电磁参数必然发生改变，因此，通过设计超材料的电磁空间分布，能够获得想要的天线的近场辐射能流分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超材料领域，具体地涉及一种近场辐射能流分布可调节的天线。
技术介绍
随着近距离通信的发展，对天线近场辐射的研究也越来越收到重视。例如，“移动支付”就是近距离通信的例子。在实际使用时，手机和读卡器的天线往往都工作在近场区。为了实现可靠的交易，我们需要对天线的近场辐射有正确的定义。目前在实际的工程应用中，往往沿用天线远场的辐射公式进行设计，其结果和从天线近场考虑相去甚远
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种近场辐射能流分布可调节的天线。本专利技术解决上述技术问题所采用的方案是一种近场辐射能流分布可调节的天线，所述天线包括常规天线以及覆盖在常规天线上的超材料，所述超材料包括基材以及附着在基材上的多个人造微结构。进一步地，所述基材由多个相互平行的片状基板堆叠形成，每个片状基板上均附着有多个金属微结构。进一步地，所述片状基板由陶瓷材料、环氧树脂或聚四氟乙烯制得。进一步地，所述人造微结构为金属微结构，所述的每个金属微结构为一具有图案的附着在片状基板上的金属线。进一步地，所述金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在片状基板上。进一步地，所述金属线为铜线或银线。进一步地，所述金属线呈二维雪花状，其具有相互垂直呈“十”字的第一主线及第二主线，所述第一主线的两端垂直设置有两个第一支线，所述第一主线的两端垂直设置有两个第二支线。进一步地，所述第一主线及第二主线相互平分，所述两个第一支线的中心连接在第一主线上，所述两个第二支线的中心连接在第二主线上。根据本专利技术的实现天线近场辐射能流分布调制的方法，天线的外面覆盖有超材料，天线产生的辐射首先要先通过超材料，然后才能辐射到自由空间，通过超材料的电磁波其电磁参数必然发生改变，因此，通过设计超材料的电磁参数空间分布，能够获得想要的天线的辐射近场能流分布。附图说明图I是常规天线发出的电磁波穿过超材料后能流发生改变的示意图；图2是本专利技术一个实施例中金属微结构的示意图；图3是本专利技术一个实施例超材料的结构示意图4为图I所示图案衍生得到的一个金属微结构的图案；图5为图I所示图案变形得到的一个金属微结构的图案；图6为图I所示图案变形得到的另一个金属微结构的图案。具体实施例方式“超材料是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。通过在材料的关键物理尺度上的结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。“超材料重要的三个重要特征(I) “超材料通常是具有新奇人工结构的复合材料； (2) “超材料具有超常的物理性质(往往是自然界的材料中所不具备的)；(3) “超材料性质由构成材料的本征性质及其中的人造微结构共同决定。如图I所示，根据本专利技术的近场辐射能流分布可调节的天线，所述天线包括常规天线20以及覆盖在常规天线20上的超材料10，所述超材料10包括基材以及附着在基材I上的多个人造微结构2。此处的常规天线就是未加超材料之前的天线，可以是任意的已知的天线，其具有发射和接收电磁波的功能。此处的覆盖，可是完全覆盖，例如设计一壳体状的超材料完全罩住天线，使得天线发射的各个方向的电磁波都必须通过超材料；当然也可以是部分覆盖，例如只在天线方向图的主瓣方向覆盖天线。根据本专利技术的近场辐射能流分布可调节的天线，天线的外面覆盖有超材料，天线产生的辐射首先要先通过超材料，然后才能辐射到自由空间，通过超材料的电磁波其电磁参数必然发生改变，做为公知常识我们可知，电磁波的能流密度(坡印廷)矢量f= A点#与点分别决定于介电常数与磁导率(统称为电磁参数)，因此电磁波的电磁参数的改变(相当于造与请的改变)，电磁波的能流密度矢量必然发生改变，因此，通过设计超材料的电磁参数空间分布，能够获得想要的天线的近场辐射能流分布。本专利技术所说的调节是指，通过不同的超材料，获得不同的天线近场辐射能流分布，以满足不同的需要。作为本专利技术的一个实施例，如图3所示，所述基材I由多个相互平行的片状基板11堆叠形成，每个片状基板11上均附着有多个人造微结构2。实际做产品的时候，还可以对其进行封装，使得从外部看不到金属微结构，封装的材料与基材相同。本专利技术的所述片状基板11可以由陶瓷材料、环氧树脂或聚四氟乙烯制得。作为一个实施例，选用聚四氟乙烯来制成片状基板。聚四氟乙烯的电绝缘性非常好，因此不会对电磁波的电场产生干扰，并且具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，使用寿命长，作为人造微结构附着的基材是很好的选择。本实施例中，优选地，所述的人造微结构2为金属微结构，所述的每个金属微结构为一具有图案的附着在片状基板上的金属线。作为一个实施例，所述金属线通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在片状基板上。当然，也可以是三维激光加工等其它可行的加工方法。作为一个实施例，所述金属线为铜线或银线。铜与银的导电性能好，对电场的响应更加灵敏。如图2所示，作为一个具体的实施例，所述金属线呈二维雪花状，其具有相互垂直呈“十”字的第一主线21及第二主线22，所述第一主线21的两端垂直设置有两个第一支线23，所述第一主线的两端垂直设置有两个第二支线24。所述第一主线21及第二主线22相互平分，所述两个第一支线23的中心连接在第一主线21上，所述两个第二支线24的中心连接在第二主线22上。图中只是示意，实际上第一主线、第二主线、第一支线及第二支线都是有宽度的。如图3所示，同一平面内金属微结构呈4X6的矩阵排列，并且在电磁波的入射方向上排布有6层出块片状基板)，这只是个示意性表示，根据不同需要可以有不同的平面排列，并且在电磁波入射方向上金属微结构的排布也可以有其它层数。当然，这里只是举了一个简单的例子，金属线还可以有其它的图案(或拓扑结构)，如图4-图6所示。其中图4为上述图案的衍生，即在两个第一支线和两个第二支线的两端均再加两个支线，依此类推，还可以有很多其它的衍生图案；其中图5至图6为上述图案的变形；上述的4个例子都是对电场响应的金属微结构(即可以影响电磁波的介电常数)；另外还有许多对磁场响应的金属微结构，如在许多文献中都被引用到的开口谐振环结构。所述金属微结构只要对电场和磁场的至少一个有响应即可，因而改变通过其的电磁 波的能流分布。另外金属微结构还可以有很多变形图案，本专利技术并不能对此一一列举。在基材选定的情况下，可以通过设计金属微结构的图案、设计尺寸和/或金属微结构在空间中的排布获得想要的能流分布。这是因为，通过设计金属微结构的图案、设计尺寸和/或金属微结构在空间中的排布，即可设计出超材料空间调制器所在空间中每一单元的电磁参数ε和μ。至于怎么得到金属微结构的图案、设计尺寸和/或金属微结构在空间中的排布，这个方法是多种的，举个例子，可以通过逆向的计算机仿真模拟得到，首先我们确定需要的近场能流分布，根据此效果去设计超材料整体的电磁参数分布，再从整体出发计算出空间中每一点的电磁参数分布，根据这每一点的电磁参数来选择相应的金属微结构的图案、设计尺寸和/或金属微结构在空间中的排布(计算机中事先存放有多种金属微结构数据)，对每个点的设计可以用穷举法，例如先选定一个具有特定图案的金属微结构，计算电磁参数，将得到的结果和我们想要的对比，对比再循环多次，一直到找到我们想要的电磁参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近场辐射能流分布可调节的天线，其特征在于，所述天线包括常规天线以及覆盖在常规天线上的超材料，所述超材料包括基材以及附着在基材上的多个人造微结构。2.根据权利要求I所述的近场辐射能流分布可调节的天线，其特征在于，所述基材由多个相互平行的片状基板堆叠形成，每个片状基板上均附着有多个人造微结构。3.根据权利要求2所述的近场辐射能流分布可调节的天线，其特征在于，所述片状基板由陶瓷材料、环氧树脂或聚四氟乙烯制得。4.根据权利要求2所述的近场辐射能流分布可调节的天线，其特征在于，所述人造微结构为金属微结构，所述的每个金属微结构为一具有图案的附着在片状基板上的金属线。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，徐冠雄，季春霖，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：