一种具有多层基片的超材料射频天线及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有多层基片的超材料射频天线及其制备方法，该具有多层基片的超材料射频天线包括堆叠一体的多个基片，该些基片上分别附着有金属分支，相邻基片之上的金属分支电连接。本发明专利技术将传统的超材料射频天线的平面金属微结构和馈线立体化、空间化，最大地利用了天线所占的空间使得天线进一步地小型化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种天线及其制备方法，尤其涉及。
技术介绍
现有通讯系统中的天线主要为偶极子天线和PIFA天线，此类天线尺寸、带宽、增益等重要指标受到了基本物理原理的限制(固定尺寸下的增益极限、带宽极限等)。这些指标极限的基本物理原理使得天线的小型化技术难度远远超过了其它器件，而由于射频器件的电磁场分析的复杂性，逼近这些极限值都成为了巨大的技术挑战。因此当在设计中遇到天线使用空间小、工作频率低、工作在多模问题时，其就显得力不从心。为解决上述问题，现有技术的解决方案一般是通过在天线外部额外设置匹配线路 来实现多模的辐射要求。在天馈系统中加入匹配网络后，功能上是可实现低频、多模的工作要求，但是由于非常大的一部分能量损失在匹配网络上，其辐射效率将极大的降低。现有的超材料小天线，如公开号为CN201490337的中国专利，如图I所示，其在设计中集成了新型人工电磁材料，因此其辐射具有非常丰富的色散特性，可以形成多种辐射模式，即可免去繁琐的阻抗匹配网络，这种丰富的色散特性为多频点的阻抗匹配带来了极大的便利，可省去匹配网络从而达到小型化天线的目的。尽管如此，从图I中我们可以看出，其人造金属微结构I和馈线2均为平面结构，并没有充分利用天线所占有的三维空间，因此存在改进的可能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种占用空间更小的具有多层基片的超材料射频天线及该具有多层基片的超材料射频天线的制备方法。本专利技术解决解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种具有多层基片的超材料射频天线，其包括堆叠一体的多个基片，该些基片上分别附着有金属分支，相邻基片之上的金属分支电连接。该些基片上的金属分支在平面展开后构成馈线和人造金属微结构，该馈线围绕该人造金属微结构设置，该人造金属微结构的拓扑图案为互补式开口谐振环、互补式螺旋环、双开口螺旋环、互补式弯折线中的一种。该多层基片由陶瓷、高分子聚合物、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。该多层基片截面图形为圆形、椭圆形或多边形。该超材料射频天线由第一基片和第二基片堆叠而成；该第一基片表面附着有该人造金属微结构的第一部分与该馈线的第一部分，该第二基片表面附着有该人造金属微结构的第二部分与该馈线的第二部分，所有部分在平面展开后即构成该馈线和该人造金属微结构；该人造金属微结构的第一部分断裂端点与该馈线的第一部分断裂端点分别与该人造金属微结构的第二部分断裂端点与该馈线的第二部分断裂端点电连接。该人造金属微结构第二部分从该人造金属微结构第二部分断裂端点在该第二基片上延伸的方向与该人造金属微结构第一部分从该人造金属微结构第一部分断裂端点在该第一基片上延伸的方向一致。该第一基片上还形成有第一金属化通孔和第二金属化通孔，该第一金属化通孔两端对应于该人造金属微结构的第一部分断裂端点与该人造金属微结构的第二部分断裂端点，该第二金属化 通孔两端对应于该馈线的第一部分断裂端点与该馈线的第二部分断裂端点；该人造金属微结构第一部分和第二部分通过该第一金属化通孔电连接，该馈线第一部分和该馈线第二部分通过该第二金属化通孔电连接。该第一基片侧面形成有第一连接部和第二连接部，该第一连接部两端对应于该人造金属微结构的第一部分断裂端点与该人造金属微结构的第二部分断裂端点，该第二连接部两端对应于该馈线的第一部分断裂端点与该馈线的第二部分断裂端点；该人造金属微结构第一部分和第二部分通过该第一连接部电连接，该馈线第一部分和第二部分通过该第二连接部电连接。本专利技术还提供一种具有多层基片的超材料射频天线的制备方法，其包括步骤SI :制作多个基片；S2 :在该多个基片表面附着所需金属分支；S3 :电连接相邻基片表面的金属分支；S4 :将该多个基片压制为一体。步骤S3包括S311 :在需要电连接的金属分支末端通过数控钻床钻孔、数控冲床冲孔或激光打孔方式在该陶瓷基片上形成通孔；S312:通过丝网印刷、掩膜印刷或者通孔铸浆方式将液态金属填充于该些通孔。步骤SI至S4中该多个基片为多个陶瓷基片。步骤SI具体包括Sll :混合有机载体和玻璃陶瓷粉；S12 :流延。本专利技术具有多层基片的超材料射频天线的制备方法还包括步骤S5 :将步骤S4中压制一体的多个陶瓷基片烧结。步骤S5中烧结温度低于1000度。本专利技术将平面天线结构立体化、空间化，通过将平面金属微结构和馈线附着于叠加一体的多层基片上并电连接相邻两层基片上的部分金属微结构和部分馈线使得天线整体占用平面空间更小，充分利用了天线所处空间，使得天线更加小型化。进一步地，本专利技术采用陶瓷材料作为本专利技术多层基片的材料，使得本专利技术具有易于实现、工艺简单、电磁参数优良的有益效果。附图说明图I为现有技术天线结构示意图；图Ia 图Ie为现有技术天线人造金属微结构拓扑图案；图2为本专利技术具有多层基片的超材料射频天线第一较佳实施例的结构示意图3为本专利技术具有多层基片的超材料射频天线第二较佳实施例的结构示意图；图4为本专利技术具有多层基片的超材料射频天线制备工艺流程图；图5为本专利技术具有多层基片的超材料射频天线采用陶瓷基片制备工艺流程图；图6为本专利技术具有多层基片的超材料射频天线采用陶瓷基片制备工艺SI步骤的具体实施流程图；图7为本专利技术具有多层基片的超材料射频天线制备工艺S3步骤的具体实施流程图。具体实施方式 图I所示的现有技术的天线结构包括馈线2和人造金属微结构1，其中人造金属微结构I的拓扑图案是多种多样的，分别如图Ia至图Ie所示。图中各种图案均为平面图案，占用空间较大，因此均可以利用本专利技术设计思想改进。下面选取其中一种图案进行详细说明，但应知利用本专利技术的原理将能轻易地得知其他图案的设计。同时，为了适应电子设备内部给天线预留的平面空间形状，本专利技术的多层基片的截面形状可设计为各种形状，如圆形、椭圆形、多边形等。下面所述实施例为使图示方便均使用截面形状为四边形基片为例加以说明。如图2所示，图2为本专利技术具有多层基片的超材料射频天线的第一较佳实施例的结构示意图，其包括沿层叠方向层叠在一起的第一基片101和第二基片102。其中第一基片101上印刷有人造金属微结构第一部分1011和馈线第一部分1012，人造金属微结构第一部分1011和馈线第一部分1012的末端均设置有金属化通孔1013和1014。第二基片102上印刷有人造金属微结构第二部分1021和馈线第二部分1022。金属化通孔1013两端分别对应于人造金属微结构第一部分1011的断裂端点IOlla与人造金属微结构第二部分1021的断裂端点1021a，金属化通孔1014两端分别对应于馈线第一部分1012断裂端点1012a与馈线第二部分1022断裂端点1022a。人造金属微结构第二部分1021从人造金属微结构第二部分断裂端点1021a在第二基片102上延伸的方向与人造金属微结构第一部分1011从人造金属微结构第一部分断裂端点IOlla在第一基片101上延伸的方向一致。第一基片101和第二基片102上印刷的所有的金属结构平面展开后即构成了图I所示的天线结构。由于采用空间立体结构设计超材料射频天线使得其所占平面面积减少了 1/2。当天线尺寸要求更小时，可以进一步利用立体空间，如图3所示。图3为本专利技术第二较佳实施例的结构示意图。其与第一较佳实施例的区别在于其没有在两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于：包括堆叠一体的多个基片，该些基片上分别附着有金属分支，相邻基片之上的金属分支电连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于包括堆叠一体的多个基片，该些基片上分别附着有金属分支，相邻基片之上的金属分支电连接。2.如权利要求I所述的具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于该些基片上的金属分支在平面展开后构成馈线和人造金属微结构，该馈线围绕该人造金属微结构设置，该人造金属微结构的拓扑图案为互补式开口谐振环、互补式螺旋环、双开口螺旋环、互补式弯折线中的一种。3.如权利要求2所述的具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于该多层基片由陶瓷、高分子聚合物、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。4.如权利要求2所述的具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于该多层基片的截面图形为圆形、椭圆形或多边形。5.如权利要求3或4所述的具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于该超材料射频天线由第一基片和第二基片堆叠而成；该第一基片表面附着有该人造金属微结构的第一部分与该馈线的第一部分，该第二基片表面附着有该人造金属微结构的第二部分与该馈线的第二部分，所有部分在平面展开后即构成该馈线和该人造金属微结构；该人造金属微结构的第一部分断裂端点与该馈线的第一部分断裂端点分别与该人造金属微结构的第二部分断裂端点与该馈线的第二部分断裂端点电连接。6.如权利要求5所述的具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于该人造金属微结构第二部分从该人造金属微结构第二部分断裂端点在该第二基片上延伸的方向与该人造金属微结构第一部分从该人造金属微结构第一部分断裂端点在该第一基片上延伸的方向一致。7.如权利要求6所述的具有多层基片的超材料射频天线，其特征在于该第一基片上还形成有第一金属化通孔和第二金属化通孔，该第一金属化通孔两端对应于该人造金属微结构的第一部分断裂端点与该人造金属微结构的第二部分断裂端点，该第二金属化通孔两端对应于该馈线的第一部分断裂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，李岳峰，徐冠雄，杨松涛，
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：