集成超材料天线的系统芯片技术方案

本发明专利技术提供了一种集成超材料天线的系统芯片，包括SOC单元，该SOC单元内置用于接收和发送电磁波信号的超材料天线，该超材料天线包括一介质基板和设置于该介质基板一表面的一馈电点、与该馈电点相连接的馈线及一金属结构；馈线与金属结构相互耦合。本发明专利技术的系统芯片使用的超材料天线是应用超材料技术设计出使一个波段、两个或者更多不同波段的电磁波谐振的天线，决定该超材料天线体积的金属结构尺寸的物理尺寸不受半波长的物理长度限制，与馈线进行信号耦合即可得到超材料天线，能够在获取良好通信效果的基础上实现SOC与天线的整合，减小了应用传统系统芯片与天线的通讯装置的体积，并且能够降低线损，增强信号接收与发送能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信领域，具体涉及一种系统芯片。
技术介绍
在通信的很多领域都需要使用到射频和天线技术，在飞速发展的系统中，射频和天线起到了关键的作用。然而，射频天线系统大，功耗大，维护和更新问题严重阻碍了无线宽带通信的发展，同时还极大提高了运营商的运营成本Cpex和Capex。这些问题对业界提出的绿色能源和低功耗等需求严重抵触。原本采用的射频和天线技术通常采用馈线及电缆连接，这种损耗通常是比较大的。而且，在目前市场广泛的通信系统中，传统的射频单元功放效率低，非线性化、体积大和功耗大，从而使得射频单元无法获得良好的性能。同时，传统天线设计吸收较多的能量，产生较大的回波，因而使得天线转换效率低和体积较大，从而影响其应用和维护。现有的SOC在射频中应用时需要外接天线以进行信号的接收与发送，信号在天线与SOC之间传输时仍存在着较大的线损。超材料设计技术可以通过灵活调整天线的波束路径，可以急剧减少传统材料中被副反射面和波导管遮挡而损失能量的因素，因而可以大幅度的减少能量功耗，体积和安装维护时间及费用。采用超材料设计天线能有效提高系统增益、天线小型化轻便，同样，采用超材料的射频器件如滤波器，双工器等也可实现较高的性能，如改变材质的介电常数、提高电导率等，能有效提高射频器件如驻波、带外抑制、S参数等性能。
技术实现思路
为了解决现有系统芯片特别是片上系统芯片中存在的问题，本专利技术提供了一种系统芯片，通过应用超材料技术设计天线结构，将天线集成于系统芯片中，且能获取较好的通信效果，为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案:一种集成超材料天线的系统芯片，包括SOC单元，所述SOC单元内置用于接收和发送电磁波信号的超材料天线。进一步地，所述天线包括一介质基板和设置于所述介质基板一表面的一馈电点、与所述、馈电点相连接的馈线及一金属结构；所述馈线与所述金属结构相互f禹合。进一步地，所述金属结构是金属片经镂刻出槽拓扑结构而成。进一步地，所述天线还包括接地单元，所述接地单元上设置有若干个金属化的通孔。进一步地，所述天线至少使一种波段的电磁波谐振。进一步地，所述电磁波谐振波段的频率段至少包括2.4GHZ-2.49GHz和5.72GHz-5.85GHz ο进一步地，所述SOC单元包括MCU核处理模块和射频模块；所述MCU核处理模块通信端口与所述射频模块的通讯端相连，所述射频模块的接收与发射端与所述天线相连。进一步地，所述MCU核处理模块包括存储器，所述存储器内置DSP软件。进一步地，所述DSP软件实现所述MCU核处理模块和射频模块输出的低噪放大、数模/模数转换、滤波、上下变频、功放和锁相。进一步地，所述射频模块包括传出器、接收器和双工器；所述传出器的输入端和接收器的输出端构成所述射频模块的通讯端；所述双工器的输出端和输入端分别与所述接收器和传出器相连。本专利技术的系统芯片使用的超材料天线是应用超材料技术设计出使一个波段、两个或者更多不同波段的电磁波谐振的天线，决定该超材料天线体积的金属结构尺寸的物理尺寸不受半波长的物理长度限制，与馈线进行信号耦合即可得到超材料天线，能够在获取良好通信效果的基础上实现SOC与天线的整合，减小了应用传统系统芯片与天线的装置的体积，并且能够降低线损，增强信号接收与发送能力；而且，本专利技术采用的超材料天线能够接收或者发送一个不同的波段的电磁波，也可以同时接受或者发送两个或者两个以上的不同的波段的电磁波，使用本系统芯片可以满足单频时具有多个工作频段、多频时不同工作频段同时工作的模式需求，改变了现有的无线通讯设备在不同频段工作时需要多根天线的现象。附图说明图1是本专利技术系统芯片实施例1的模块图；图2是本专利技术系统芯片实施例2的模块图；图3是本专利技术系统芯片实施例3的模块图；图4本专利技术中超材料天线实施例1的结构示意图；图5本专利技术中超材料天线实施例2的结构示意图；图6是本专利技术中超材料天线实施例2中金属结构的放大示意图；图7是本专利技术中超材料天线实施例2的S参数仿真图；图8是本专利技术中超材料天线实施例2操作于2.4、2.44、2.48GHz时E方向远场仿真结果图；图9是本专利技术中超材料天线实施例2操作于2.4、2.44、2.48GHz时H方向远场仿真结果图；图10是本专利技术中超材料天线实施例2操作于5.725,5.8,5.85GHz时E方向远场仿真结果图；图11是本专利技术中超材料天线实施例2操作于5.725、5.8、5.85GHz时H方向远场仿真结果图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做一步说明。本专利技术中的超材料天线是基于人工电磁材料技术设计而成，人工电磁材料是指将金属片镂刻成特定形状的拓扑金属结构，并将所述特定形状的拓扑金属结构设置于一定介电常数和磁导率基材上而加工制造的等效特种电磁材料，其性能参数主要取决于其亚波长的特定形状的拓扑金属结构。在谐振频段，人工电磁材料通常体现出高度的色散特性，换言之，天线的阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。因而可采用人工电磁材料技术对上述天线的基本特性进行改造，使得金属结构与其依附的介质基板等效地组成了一个高度色散的特种电磁材料，从而实现辐射特性丰富的新型天线。如图1所示为本专利技术集成超材料天线的系统芯片实施例1的模块图，该系统芯片包括SOC单元100，该SOC单元100内置有超材料天线10，超材料天线10可以接受和发送电磁波信号，使SOC单元100通过超材料天线10与外界进行通信，本专利技术系统芯片内置超材料天线10,相对于其他天线及其他天线的连接方式,有效的提高了转化率,降低了损耗。如图2所示为本专利技术集成超材料天线的系统芯片实施例2的模块图，该系统芯片同样包括SOC单元100，SOC单元100中内置了超材料天线10，进一步地，SOC单元100包括MCU核处理模块11和射频模块12，MCU核处理模块11通信端口与射频模块12的通讯端相连，射频模块12的接收与发射端与超材料天线10相连，射频模块12接收来自超材料天线10的数据输出到MCU核处理模块11，MCU核处理模块11接收到数据后进行处理；MCU核处理模块11数据输出时先将数据传送给射频模块12，由射频模块12输出到超材料天线10发射出去。如图3所示为本专利技术集成超材料天线的系统芯片实施例3的模块图，在该实施例中，该系统芯片同样包括SOC单元100，SOC单元100中内置了超材料天线10，SOC单元100包括了 MCU核处理模块11和射频模块12。在实施例3中，MCU核处理模块11包括存储器111和核处理器(在图中未示出)，在存储器111内置了 DSP软件，DSP软件接收核处理器的指令能够对数据进行低噪放大、数模/模数转换、滤波、上下变频、功放和锁相等处理，存储器111存储通讯协议软件信息，该通讯协议可以是ZigBee协议、蓝牙协议等。射频模块12包括传出器121、接收器122和双工器123，传出器121的输入端和接收器122的输出端构成了射频模块12与MCU核处理模块11通信端口数据传输的通讯端，双工器123的输出端和输入端分别与接收器122和传出器121相连，同时，双工器123是射频模块12与超材料天线10数据传输的接收与发射端。在应用时，SOC单元100启动，MCU核处理模块21加载位于存储器211内置的D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成超材料天线的系统芯片，包括SOC单元，其特征在于，所述SOC单元内置用于接收和发送电磁波信号的超材料天线。

【技术特征摘要】
1.一种集成超材料天线的系统芯片，包括SOC单元，其特征在于，所述SOC单元内置用于接收和发送电磁波信号的超材料天线。2.根据权利要求1所述的集成超材料天线的系统芯片，其特征在于，所述天线包括一介质基板和设置于所述介质基板一表面的一馈电点、与所述馈电点相连接的馈线及一金属结构；所述馈线与所述金属结构相互耦合。3.根据权利要求2所述的集成超材料天线的系统芯片，其特征在于，所述金属结构是金属片经镂刻出槽拓扑结构而成。4.根据权利要求2所述的集成超材料天线的系统芯片，其特征在于，所述天线还包括接地单元，所述接地单元上设置有若干个金属化的通孔。5.根据权利要求2-4任一项所述的集成超材料天线的系统芯片，其特征在于，所述天线至少使一种波段的电磁波谐振。6.根据权利要求5所述的集成超材料天线的系统芯片，其特征在于，所述电磁波谐振波段的频率段至少包括2.4GHz-2.49GHz和...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，徐冠雄，尹武，
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：