威尼斯人棋牌-威尼斯欢乐娱人城-首页

具有梯度指数超材料的天线的制作方法

文档序号:24942067发布日期:2021-05-04 11:35
具有梯度指数超材料的天线的制作方法
优先权本专利申请要求于2018年9月28日提交的题为“antennawithgradient-indexmetamaterial”的非临时申请no.16/145,799的优先权,该非临时申请被转让给本专利申请的受让人并且由此通过引用明确地并入本文。
背景技术
:无线通信设备越来越流行并且越来越复杂。例如,移动电信设备已经从简单的电话发展到具有多种通信能力(例如,多种蜂窝通信协议、wi-fi、和其他短距离通信协议)、超级计算处理器、相机等的智能电话。无线通信设备具有天线以支撑在一定频率范围内的无线通信。通常希望增加无线通信系统的操作天线带宽。移动通信设备通常具有多个天线系统,要求每个天线系统很薄以适合移动通信设备(例如,智能电话、平板计算机等)的薄型尺寸。典型的天线带宽增强包括增大天线系统的辐射孔径。例如,可以在主辐射元件附近添加寄生元件。寄生元件的尺寸通常在操作频率的一半波长的量级上以支撑谐振。在某些实现中,这样的尺寸可能难以维持在现代移动通信设备中所需要的薄型尺寸的范围内。技术实现要素:一种根据本公开的装置的示例包括:具有第一区域和设置在第一区域周围的第二区域的介电衬底;在第一区域中设置在介电衬底的表面上的第一辐射器,第一辐射器被配置为以操作频率传输和接收无线电信号;以及在第二区域中并且在第一辐射器的近场内以周期性图案设置在介电衬底的表面上的多个超材料结构,其中多个超材料结构中的每个超材料结构的最大宽度小于操作频率的波长的一半。这样的装置的实现可以包括以下特征中的一个或多个。在操作频率下,多个超材料结构可以设置在介电衬底的第二区域上,以与第一区域相比增加第二区域的介电常数。多个超材料结构中的每个超材料结构可以是金属正方形。多个超材料结构中的每个超材料结构的最大宽度可以在操作频率的波长的五分之一到二十分之一之间的范围内。第一辐射器和第一多个超材料结构可以设置在介电衬底的第一平面上。至少第二辐射器和第二多个超材料结构可以设置在介电衬底内的第二平面上,第二辐射器可以在第一辐射器下方设置在介电衬底的第一区域中,并且第二多个超材料结构可以在多个超材料结构下方设置在介电衬底的第二区域中。第一辐射器可以可操作地耦合到馈线,并且第二辐射器是寄生元件。至少第二辐射器可以设置在介电衬底的表面上的第三区域中,使得多个超材料结构的至少一部分可以设置在介电衬底的表面上围绕第三区域的第四区域中。第一辐射器可以是金属贴片。多个超材料结构中的每个超材料结构可以是导电回路结构。多个超材料结构可以围绕第一辐射器在第二区域中形成至少两个同心周界。多个超材料结构可以围绕第一辐射器在第二区域中形成至少三个同心周界。操作频率可以在28吉赫兹到300吉赫兹的范围内。一种根据本公开的无线设备中用于传输和接收无线电信号的天线的示例包括:设置在印刷电路板上的第一区域中并且被配置为以操作频率传输和接收无线电信号的第一辐射器;以及以周期性图案设置在印刷电路板上的第二区域中的多个超材料结构,第二区域在第一辐射体的近场内并且围绕第一区域,其中多个超材料结构中的每个超材料结构的最大宽度小于操作频率的波长的一半。这样的天线的实现可以包括以下特征中的一个或多个。多个超材料结构可以设置在印刷电路板上的第二区域中以在操作频率下增加印刷电路板的第二区域的介电常数。多个超材料结构中的每个超材料结构可以包括金属正方形。多个超材料结构中的每个超材料结构的最大宽度可以在操作频率的波长的五分之一到二十分之一之间的范围内。第二辐射器可以设置在第一区域中并且在第一辐射器下方,并且第二多个超材料结构可以在多个超材料结构下方设置在第二区域中。第一辐射器可以可操作地耦合到馈线,并且第二辐射器是寄生元件。至少第二辐射器可以设置在印刷电路板上的第三区域中,使得多个超材料结构的至少一部分可以设置在印刷电路板上包围第三区域的第四区域中,第二区域的至少一部分和第四区域的至少一部分可以在第一区域与第三区域之间。第一辐射器是金属贴片。多个超材料结构中的每个超材料结构可以是导电回路结构。多个超材料结构围绕第一辐射器可以形成至少两个同心周界。多个超材料结构围绕第一辐射器可以形成至少三个同心周界。操作频率可以在28吉赫兹到300吉赫兹的范围内。一种根据本公开的装置的示例包括:包括多个层的介电衬底;用于以操作频率辐射无线电信号的装置,用于辐射的装置形成在多个层中在介电衬底的第一区域中的至少一个层中;以及用于增加介电衬底的围绕第一区域的第二区域中的介电常数的装置,用于增加的装置形成在第二区域中的整个多个层中。这样的装置的实现可以包括以下特征中的一个或多个。用于增加的装置可以包括以周期性图案设置在第二区域中的多个金属结构。多个金属结构可以围绕用于辐射的装置形成至少两个同心周界。多个金属结构可以围绕用于辐射的装置形成至少三个同心周界。用于辐射无线电信号的多个装置可以形成在多个层中的两个或更多个层中。本文中描述的项目和/或技术可以提供以下能力中的一项或多项、以及未提及的其他能力。天线阵列可以被制造在电子设备中的集成电路中。天线阵列的带宽可以通过改变天线阵列的元件附近的衬底的介电常数来增强。梯度指数(grin)超材料可以用于修改天线元件周围的衬底的介电常数。grin超材料的组成和布置可以被设计为产生天线增益和方向性改善。例如,grin超材料的使用可以在远的扫描角度处增加带宽和阻抗匹配。grin超材料可以包括周期性超材料结构以产生不同介电常数。超材料结构基本小于天线操作频率的波长。超材料结构可以是金属的,并且可以增加天线结构的金属密度,这可以减少印刷电路板(pcb)制造过程中的翘曲和厚度变化问题。此外,以上指出的效果可以通过不同于所指出的方式来实现,并且所指出的项目/技术可以不一定产生所指出的效果。附图说明图1示出了能够与不同无线通信系统进行通信的无线设备。图2示出了具有二维(2-d)天线系统的无线设备。图3示出了具有3维(3-d)天线系统的无线设备。图4示出了贴片天线的示例性设计。图5a和图5b示出了无线设备中的示例贴片天线阵列的侧视图和俯视图。图6a-图6c示出了安装在具有不同介电常数的衬底上的示例贴片天线。图7示出了具有超材料结构的衬底的示例。图8是示例超材料结构的频率响应图形。图9a示出了具有不同超材料结构的示例的贴片天线。图9b是描绘图9a中描绘的每个示例的天线带宽性能的图。图10a-图10f是示例贴片天线和超材料配置的图。图11提供了贴片天线几何形状的示例。图12a-图12c提供了具有不同超材料结构的示例天线阵列。具体实施方式本文中讨论了用于除其他外改善移动设备中的天线组件的带宽性能的技术。例如,很多移动设备包括毫米波(mmw)模块以支撑更高的rf频率(例如,第5代和/或某些wi-fi规范)。天线系统带宽性能的提高可以跨rf频率的更宽频谱实现更高的数据传输速度。天线带宽增强可以使用由具有不同介电常数的材料构成的衬底来实现。在一个实施例中,分层的叠层可以利用包括周期性金属结构的梯度指数(grin)超材料来产生不同介电常数。除了改变衬底的介电常数,周期性金属超材料结构还增加了天线结构中的金属密度,这可以减少pcb制造过程中的翘曲和厚度变化问题。与通常在远场区域中的平面波环境中使用超材料的其他解决方案相反,所公开的设计在辐射源的近场区域中利用grin超材料(即,超材料)。参考图1,示出了能够与不同无线通信系统120和122通信的无线设备110。无线系统120可以是码分多址(cdma)系统(其可以实现宽带cdma(wcdma)、cdma2000或cdma的某个其他版本)、全球移动通信系统(gsm)系统、长期演进(lte)系统、5g系统等。无线系统122可以是可以实现ieee802.11等的无线局域网(wlan)系统。为了简单,图1示出了包括一个基站130和一个系统控制器140的无线系统120、以及包括一个接入点132和一个路由器142的无线系统122。通常,每个系统可以包括任何数目的站和任何一组网络实体。无线设备110也可以被称为用户设备(ue)、移动设备、移动台、终端、接入终端、订户单元、站等。无线设备110可以是蜂窝电话、智能电话、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理(pda)、手持设备、膝上型计算机、智能本、上网本、无绳电话、无线本地回路(wll)站、bluetooth设备等。无线设备110可以配备有任何数目的天线。此外,其他无线设备(无论是否移动)可以在系统120和/或122内作为无线设备110实现,并且可以彼此通信和/或与基站130或接入点132通信。例如,这样的其他设备可以包括物联网(iot)设备、医疗设备、家庭娱乐和/或自动化设备等。可以使用多个天线来提供更好的性能,以同时支撑多种服务(例如,语音和数据),提供克服有害路径效应(例如,衰落、多径和干扰)的多样性,支撑多输入多输出(mimo)传输以提高数据速率,和/或获取其他益处。无线设备110可以能够与无线系统120和/或122通信。无线设备110也可以能够从广播站(例如,广播站134)接收信号。无线设备110还可以能够从例如一个或多个全球导航卫星系统(gnss)中的卫星(例如,卫星150)接收信号。通常,无线设备110可以支撑与任何数目的无线系统的通信,该无线系统可以采用包括诸如wcdma、cdma2000、lte、gsm、802.11、gps等技术的无线电信号。无线设备110也可以支撑在任何数目的频带上的操作。无线设备110可以支撑例如在28到300吉赫兹(ghz)的毫米波(mmw)频率内的非常高的频率下的操作。例如,对于802.11ad,无线设备110可以在60ghz下操作。无线设备110可以包括天线系统以支撑在mmw频率下的操作。天线系统可以包括多个天线元件,每个天线元件用于传输和/或接收信号。术语“天线”和“天线元件”是同义词,并且在本文中可互换使用。通常,每个天线元件可以用贴片天线或带状天线来实现。可以基于无线设备的操作频率、希望性能等来选择供使用的合适的天线类型。在示例性设计中,天线系统可以包括多个贴片和/或带状天线,以支撑在mmw频率下的操作。也可以使用其他辐射器几何形状和配置。例如,可以使用带状天线,诸如单端馈电、圆形和差分馈电结构。参考图2,示出了具有2-d天线系统220的无线设备210的示例性设计。在该示例性设计中,天线系统220包括形成在与无线设备210的背面相对应的单个平面上的四个贴片天线232(即,辐射器)的2×2阵列230。虽然天线系统220在图2中可见,但是在操作中,贴片阵列可以设置在位于设备盖212内部的pc板或其他组件上。天线元件可以用于传输和/或接收信号。天线元件可以具有特定天线波束图案和特定最大天线增益,这可以取决于天线元件的设计和实现。多个天线元件可以形成在同一平面上,并且用于提高天线增益。在mmw频率下可能需要更高天线增益,因为(i)在mmw频率下难以有效地生成高功率,并且(ii)衰减损耗在mmw频率下可能更大。这些局限性可能会由于在mmw天线元件与其他设备之间存在后盖或其他壳体元件或设备组件而加剧。贴片天线阵列230具有天线波束250,该天线波束250可以被形成为指向与贴片天线232形成在其上的平面正交的方向、或者在正交方向的一定角度内的方向,例如与正交方向在任何方向上成多达60度。无线设备210可以直接向位于天线波束250内的其他设备(例如,接入点)传输信号,并且还可以直接从位于天线波束250内的其他设备接收信号。因此,天线波束250表示无线设备210的视线(los)覆盖范围。例如,接入点290(即,另一设备)可以位于无线设备210的los覆盖范围内。无线设备210可以经由视线(los)路径252向接入点290传输信号。另一接入点292可以位于无线设备210的los覆盖范围之外。无线设备210可以经由非视线(nlos)路径254向接入点292传输信号,该nlos路径254包括从无线设备210到壁280的直接路径256和从壁280到接入点292的反射路径258。通常,无线设备210可以经由los路径直接向位于天线波束250内的另一设备传输信号,例如,如图2所示。该信号在经由los路径接收时功率损耗可能会低得多。低功率损耗可以允许无线设备210以较低功率水平传输信号,这可以使得无线设备210能够节省电池电量并且延长电池寿命。无线设备210可以经由nlos路径向位于天线波束250外部的另一设备传输信号,例如,如图2所示。该信号在经由nlos路径接收时功率损耗可能会高得多,因为大部分信号能量可能会被nlos路径中的一个或多个对象反射、吸取和/或散射。无线设备210可以以高功率水平传输信号以确保可以经由nlos路径可靠地接收信号。参考图3,示出了具有3-d天线系统320的无线设备310的示例性设计。在该示例性设计中,天线系统320包括:(i)形成在与无线设备310的背面相对应的第一平面上的四个贴片天线332的2×2阵列330,以及(ii)形成在与无线设备310的顶面相对应的第二平面上的四个贴片天线342的2×2阵列340。如图3所示,第二平面与第一平面成90度角。90度角仅是示例性的而不是限制性的,因为可以使用一个或多个天线阵列之间的其他取向。天线阵列330具有天线波束350,该天线波束350可以被形成为指向与贴片天线332形成在其上的第一平面正交的方向、或者在正交方向的一定角度内的方向,例如与正交方向在某个方向上成多达60度。在所示的实施例中,天线阵列340具有天线波束360,该天线波束360指向与贴片天线342形成在其上的第二平面正交的方向。因此,天线波束350和360表示无线设备310的los覆盖范围。虽然阵列330和340在图3中均被示出为2×2阵列,但是阵列330和340中的一者或两者可以包括更多或更少数目的天线,和/或天线可以以不同配置设置。例如,阵列330和340中的一者或两者可以被配置为1×4阵列。接入点390(即,另一设备)可以位于天线波束350的los覆盖范围内,但是在天线波束360的los覆盖范围之外。无线设备310可以经由天线波束350内的los路径352向接入点390传输第一信号。另一接入点392可以位于天线波束360的los范围内,但是在天线波束350的los范围之外。无线设备310可以经由天线波束360内的los路径362向接入点392传输第二信号。由于壁380,无线设备310可以经由包括直接路径356和反射路径358的nlos路径354向接入点392传输信号。与经由nlos路径354的信号相比,接入点392可以以更高功率水平经由los路径362接收信号。无线设备310示出了包括形成在两个平面上的两个2×2天线阵列330和340的3-d天线系统的示例性设计。通常,3-d天线系统可以包括形成在任何数目的平面上的指向不同空间方向的任何数目的天线元件(包括多个天线元件在其中在不同方向上辐射的单个平面)。这些平面彼此可以正交或可以不正交。参考图4,示出了适合于mmw频率的贴片天线410的示例性设计。贴片天线410包括辐射体,诸如形成在衬底414之上的导电贴片412。在一个示例中,贴片412具有基于希望操作频率而选择的尺寸(例如,5×5mm)。衬底414具有尺寸(例如,10×10mm)。可以使用较小尺寸的贴片和衬底。在一个示例中,馈电点416位于贴片412的中心附近,并且是输出rf信号在此被施加到贴片天线410以进行传输的点。多个馈电点也可以用于改变贴片天线410的极化。例如,至少两个导体可以用于双极化(例如,第一导体和第二导体可以用于水平极化馈线和竖直极化馈线)。馈电点的位置和数目可以被选择以向馈线提供希望阻抗匹配。可以将其他贴片组装成阵列(例如,1×2、1×3、1×4、2×2、2×3、2×4、3×3、3×4等)以进一步提供希望的方向性和灵敏度。参考图5a和5b,示出了无线设备510中的示例贴片天线阵列的侧视图和俯视图。无线设备510包括显示设备512、设备盖518和主设备印刷电路板(pcb)514。设备盖518通常由诸如聚碳酸酯或聚氨酯等塑料材料制成。在某些设备中,盖可以由玻璃或陶瓷结构构成。其他非导电材料也可以用于设备盖。mmw模块pcb520经由一个或多个球栅阵列(bga)导体522a-b可操作地耦合到主设备pcb514。mmw模块pcb520可以包括多个贴片524a-d和对应无源贴片526a-b以形成宽带天线。通常,一堆贴片(例如,524a、526a)可以包括有源驱动元件和一个或多个无源或寄生元件。mmw模块pcb520还包括信号层和接地层,这进一步增加了pcb520的厚度(例如,高度)。集成电路(rfic)516被安装到mmw模块pcb520,并且操作以调节与贴片天线阵列524a-d相关联的功率和辐射波束图案。rfic516是天线控制器装置的示例。例如,集成电路516可以被配置为利用移相器和/或混合天线耦合器来控制指向天线阵列的功率并且控制所得到的波束图案,例如以便将贴片524驱动为相控阵列。参考图6a,均匀衬底贴片天线600包括设置在第一衬底604上的第一区域中的金属贴片602。在一个示例中,第一衬底604可以是诸如fr-4、bt、fr-5等pcb材料,该pcb材料具有第一介电常数(例如,在1-10ghz下为4.15、3.6、3.43)。pcb材料仅是示例而不是限制,因为可以使用具有不同介电常数的其他衬底。通常,天线结构周围的衬底的介电常数可能会影响天线的性能。参考图6b,例如,混合衬底贴片天线605包括设置在第一衬底604上的第一区域中的金属贴片602。金属贴片602和第一衬底604被包括第二衬底606的第二区域围绕。第二衬底606的介电常数不同于第一衬底604的介电常数。在一个示例中,第一衬底604的介电常数是3.6,第二衬底606的介电常数是4.5。参考图6c,示出了涉及图6a和图6b中的贴片天线的频率响应图形610。图形610包括信号强度轴612(以db为单位)和射频轴614(以ghz为单位)。第一数据集616指示均匀衬底贴片天线600的频率响应,第二数据集618指示混合衬底贴片天线605的频率响应。提供比较高亮区域620以说明由混合衬底贴片天线605实现的带宽增强。具体地,与均匀衬底贴片天线相比,混合介电衬底在更宽的频率范围内以小于-10db增加天线s11(例如,驻波比)。频率响应曲线(例如,第一数据集616和第二数据集618)仅是示例,并且可以随着不同介电值以及不同衬底和贴片几何形状而改变。参考图7,示出了具有超材料结构的示例衬底700。衬底700包括设置在介电衬底706的第一区域中的金属贴片702、以及设置在介电衬底706(例如,fr-4、bt、fr-5等)的第二区域上和/或内的多个超材料结构704。衬底706的第二区域围绕衬底706的第一区域并且在金属贴片702的近场内。在一些实施例中,术语“围绕”可以用来指代未被完全包围的配置,而在其他实施例中,术语“围绕”是指完全包围另一部分或区域的配置。金属贴片702可以是正方形金属贴片或其他类型的辐射器,诸如带状天线。超材料结构704可以是以周期性图案设置在金属贴片702的近场中的小型金属结构(例如,正方形、十字形、圆形等)。通常,术语“近场”是指在辐射天线的紧邻的区域中,而不是天线的远场。近场的定义可以包括其中从天线辐射的能量主要是无功场(例如,e场和h场彼此异相)的区域。与金属贴片702的操作频率的波长相比,超材料结构704的尺寸(例如,最大宽度)的物理尺寸在电气方面较小。周期性图案可以被定义为衬底的单个平面上的超材料结构的重复图案,其中每个超材料结构在两个轴上与至少两个其他超材料结构相邻,到每个相邻超材料结构的距离近似相等。由于超材料结构的周期性图案的存在,超材料形成在其上或其中的衬底的一部分的介电常数可以增加。在一个示例中,每个超材料结构的最大宽度小于操作频率的波长的一半。可以改变超材料结构704的位置的尺寸和/或周期以改变pcb衬底706的介电常数。示例衬底700提供与混合衬底贴片天线605相似的带宽增强。也就是说,超材料结构704有效地改变设置有超材料结构704的区域中的pcb衬底706的介电常数。包括超材料结构的净电结果类似于混合衬底贴片天线605中通过使用第二衬底606的第二介电常数而获取的结果。参考图8,示出了示例超材料结构的频率响应图形800。图形800包括电阻/电抗轴802、频率轴804、频率响应曲线806和稳定操作区域810。图形800表示示例超材料结构(例如,诸如超材料结构704之一的个体小型金属结构)的示例频率响应。超材料结构以第一谐振频率f0谐振。在小于第一谐振频率的频率(例如,<<f0)下,频率响应如稳定操作区域810中所示近似平坦。本文中描述的超材料结构被设计为针对贴片702(或设置在超材料结构附近的其他辐射器)的传输/接收频率在稳定操作区域810内操作。例如,超材料结构的尺寸通常在天线辐射器的频率的波长的尺寸的1/5到1/20的范围内。参考图9a,示出了具有不同超材料结构的示例的贴片天线。图9a提供了不同超材料结构的总体概述,图10a-10f提供了实施例的更详细视图。虽然图9a中的金属结构通常被描绘为正方形,但是可以使用其他几何形状(例如,圆形、矩形、多边形等)。单贴片基线天线902是如图6a所示的包括金属贴片和第一衬底的均匀衬底贴片天线600的示例。单贴片基线天线902提供参考带宽性能,作为与图9a中描绘的示例天线设计的比较。具有壁904的贴片天线包括被连续金属壁围绕的均匀衬底和单个金属贴片。具有第一金属图案906的贴片天线包括具有超材料的单个贴片,该超材料包括在贴片周围设置在衬底上或中的金属结构的两个同心周界(例如,环)。具有第二金属图案908的贴片天线包括具有超材料的单个贴片,该超材料包括在贴片周围设置在衬底上或中的金属结构的三个同心周界。具有第三金属图案910的贴片天线包括具有超材料的单个贴片,该超材料包括在贴片周围设置在衬底上或中的金属结构的四个同心周界。具有环形环的贴片天线912包括具有超材料的单个贴片,该超材料包括在贴片周围设置在衬底中的多个金属环形环。具有对称环形环的贴片天线914包括具有超材料的单个贴片,该超材料包括在贴片周围设置在衬底中的多个对称金属环形环。如下面的表1中描绘的,图9a中描绘的示例贴片天线提供了不同的带宽性能和不同的金属密度值。天线配置s11<-10db(ghz)分数带宽(fbw)金属密度(%)单个贴片90226~29.612.923具有壁90426.5~29.711.425.5具有第一金属图案90625.6~29.915.532.7具有第二金属图案90825.8~29.914.740.8具有第三金属图案91025.5~30.417.546.9具有环形环91225.6~30.918.838.5表1参考图9b,示出了频率响应图形900,该频率响应图形900描绘了图9a中描绘的每个示例的天线带宽性能。图形900包括信号强度轴920(以db为单位)和频率轴922(以ghz为单位)。图形900包括与图9a中描绘的设计相关联的多个响应曲线并且是表1中提供的带宽性能的基础。在一个示例中,响应曲线可以使用建模App(诸如来自ansys企业的高频仿真App(hfss))生成。例如,第一响应曲线902a基于单贴片基线天线902的性能。第二响应曲线904a基于具有壁904的贴片天线。第三响应曲线906a基于具有第一金属图案906的贴片天线。第四响应曲线908a基于具有第二金属图案908的贴片天线。第五响应曲线910a基于具有第三金属图案910的贴片天线。第六响应曲线912a基于具有环形环的贴片天线912。参考图10a至10f,至少以俯视图和侧视图示出了图9a中描绘的示例贴片天线的图。贴片天线仅是示例,因为可以使用辐射器和超材料的其他配置来增强天线系统的带宽。此外,尽管图10a至10f中的示例示出了四个金属层,但是可以使用更少的层(例如,仅一层)或更多的层。参考图10a,示出了单贴片基线天线902的俯视图和侧视图。单贴片基线天线902包括金属贴片602和第一衬底604。第一衬底604可以包括一个或多个附加金属贴片602a。例如,如图10a所示,金属贴片602是有源辐射器并且从馈线602b接收输入。附加金属贴片602a可以是无源(例如,寄生)辐射器。在一个实施例中,可以通过向金属贴片602或向附加金属贴片602a之一提供附加馈电信号来实现天线极化。第一衬底604可以包括馈电层1002,该馈电层1002包括被配置为向金属贴片602提供rf信号的至少一个馈线1002a。第一衬底604还可以包括互连层1004,该互连层1004被配置为将天线902可操作地耦合到mmw模块、pcb520、rfic516、或无线通信设备中所需要的其他电路和设备。参考图10b,示出了具有壁904的贴片天线的俯视图和侧视图。天线904包括可操作地耦合到馈线602b的金属贴片602。金属贴片602设置在pcb衬底1012上。固体金属壁1014设置在金属贴片602和pcb衬底1012周围。在一个示例中,壁1014的厚度可以约为0.1-0.5mm,并且高度等于pcb衬底1012的宽度。在其他实施例中,壁可以改为由多个通孔形成。pcb衬底1012可以包括馈电层(图10a中未示出)和互连层1004。pcb衬底1012内可以包括附加的寄生或有源辐射器。参考图10c,示出了具有第一金属图案906的贴片天线的俯视图和侧视图。天线906包括可操作地耦合到馈线702b的金属贴片702。金属贴片702和多个超材料结构704设置在pcb衬底706上和pcb衬底706内。在一个示例中,金属贴片702的长度约为5mm并且宽度约为5mm(例如,+/-10%),并且能够在pcb制造过程中(诸如高密度互连(hdi)或其他这样的顺序层压过程)进行沉积。多个超材料结构704中的每个的长度和宽度可以约为0.1至0.15mm(例如,+/-10%),并且可以在制造过程中进行沉积。通常,每个超材料结构704之间的间隔保持在近似相等的值以形成周期性图案。例如,超材料结构704围绕金属贴片702布置成两个同心周界。第一同心周界705a包括在pcb衬底706的外部边界周围的等距的超材料结构704,第二同心周界705b包括在第一同心周界705a内部的等距的超材料结构704,如图10c所示。第一同心周界705a与第二同心周界705b之间的间隔等于同心周界705a-b中的任一个上的超材料结构704之间的间隔。超材料结构704的周期和尺寸可以改变以改变pcb衬底706的介电常数。如图10c所示,除了在x-y平面中重复该图案,沿着z轴重复该图案,使得pcb衬底1012内的一个以上的平面可以包括金属贴片和多个超材料结构。例如,在整个pcb衬底706的深度710中,金属贴片702和多个超材料结构704均以相等间隔重复三次。pcb衬底706的深度710内的附加的金属贴片可以是无源辐射器,也可以被配置为接收rf信号(即,有源辐射器)。pcb衬底可以包括馈电层1002,诸如微带线1002a,该馈电层1002包括馈线702b,该馈线702b通过一个或多个通孔连接可操作地耦合到金属贴片702。在一个示例中,附加馈线可以耦合到金属贴片702、或pcb衬底706内的附加金属贴片之一,以提供双极化能力。参考图10d,示出了具有第二金属图案908的贴片天线的俯视图和侧视图。天线908包括可操作地耦合到馈线1020b的金属贴片1020。金属贴片1020和多个金属超材料结构1024设置在pcb衬底1022上和pcb衬底1022内。在一个示例中,金属贴片1020的长度约为5mm并且宽度约为5mm(例如,+/-10%),并且多个金属超材料结构1024中的每个的长度和宽度可以约为0.08至0.12mm(例如,+/-10%)。金属贴片1020和多个金属超材料结构1024可以在制造过程期间进行沉积。每个金属超材料结构1024之间的间隔保持在近似相等的值以形成周期性布置。作为示例,金属超材料结构1024以周期性图案布置,该周期性图案包括围绕金属贴片1020的三个同心周界1025a-c。如图10d所示,金属超材料结构1024的图案也可以在pcb衬底1022内以相等的竖直间隔重复。例如,pcb衬底1022的内部部分1026包括三个层,每一层同时包括金属贴片1020和多个金属超材料结构1024。内部部分1026中的附加金属贴片可以是无源辐射器,或者可以被配置为接收rf信号(即,有源辐射器)。pcb衬底可以包括馈电层1002,诸如微带线1002a,该馈电层1002包括馈线1020b,该馈线1020b通过一个或多个通孔连接可操作地耦合到金属贴片1020。在一个示例中,附加馈线可以耦合到金属贴片1020、或pcb衬底内的附加金属贴片之一,以提供双极化能力。在一个示例中,内部部分1026中的底部金属贴片可操作地耦合到馈线。金属贴片1020和金属超材料结构1024的尺寸、形状和图案仅是示例而非限制。其他尺寸、形状和图案可以用于增强天线系统的带宽性能。例如,超材料结构可以在金属贴片的一侧上呈一个图案,而在金属贴片的另一侧上呈不同图案。金属贴片和超材料结构的尺寸、形状和/或图案的变化可以用于增加天线系统的增益/方向性。通常,当个体超材料结构的物理尺寸小于天线的操作频率的波长时(即,在稳定操作区域810内),将超材料结构添加到pcb衬底可以提高天线带宽,并且超材料结构以周期性图案设置在pcb衬底上和/或衬底内。金属超材料结构的添加还提供增加天线系统的金属密度的优点,这可以有益于pcb构造,因为它可以减少天线组件中的翘曲。参考图10e,示出了具有环形环的贴片天线912的俯视图、侧视图和透视图。天线912包括可操作地耦合到馈线1030b的金属贴片1030。金属贴片1030和多个金属超材料结构1034设置在pcb衬底1032上和pcb衬底1032内。在一个示例中,金属贴片1030的长度约为5mm并且宽度约为5mm(例如,+/-10%),并且多个金属超材料结构1034中的每个的宽度可以约为0.1至0.5mm并且长度可以约为0.5至1.5mm(例如,+/-10%)。pcb衬底1032的内部部分1036可以包括多个层,每一层包括金属贴片和多个金属超材料结构。金属超材料结构1034中的一个或多个可以通过两个导电通孔1034a电耦合到相邻层中的超材料结构以形成导电环形结构。例如,两个超材料结构1034可以形成环形环的顶部部分和底部部分,使得两个导电通孔1034a连接超材料结构1034的相应端以形成环形结构。因此,如图10e所示,四层超材料结构1034在pcb衬底1032内产生两层环形环。金属贴片1030、多个金属超材料结构1034和导电通孔1034a可以在制造过程期间进行沉积。每个金属超材料结构1034之间的间隔保持在近似相等的值以形成周期性布置。如前所述,pcb衬底1032可以包括四层金属贴片1030。pcb衬底1032可以包括馈电层1002,诸如微带线1002a,该馈电层1002包括馈线1030b,该馈线1030b通过一个或多个通孔连接可操作地耦合到金属贴片1030。在一个示例中,附加馈线可以耦合到金属贴片1030、或pcb衬底内的附加金属贴片之一,以提供双极化能力。在一个示例中,内部部分1036中的底部金属贴片可操作地耦合到馈线。参考图10f,示出了具有对称环形环的贴片天线914的俯视图、侧视图和透视图。天线914包括可操作地耦合到馈线1040a的金属贴片1040。金属贴片1040和多个金属超材料结构1044设置在pcb衬底1042上和pcb衬底1042内。在一个示例中,金属贴片1040的长度约为5mm并且宽度约为5mm(例如,+/-10%),并且多个金属超材料结构1044中的每个的宽度可以约为0.1至0.5mm并且长度约为0.5至1.5mm(例如,+/-10%)。pcb衬底1032的内部部分1048可以包括多个层,每一层包括金属贴片和多个金属超材料结构。金属超材料结构1044、1046中的一个或多个可以通过两个或更多个导电通孔1046a电耦合到相邻层中的超材料结构,以形成导电环形结构。例如,两个超材料结构1046可以形成环形环的顶部部分和底部部分,使得两个导电通孔1046a连接超材料结构1046的相应端以形成环形结构。位于天线914的拐角处的金属超材料结构1044是方环形状的,并且通过四个导电通孔1046a耦合到相邻层。在一个示例中,方环形状的超材料结构1044可以不耦合到相邻层。与图10e中描绘的具有环形环的贴片天线912相比,具有对称环形环的贴片天线914中的环形环呈现相对于金属贴片1040对称的取向。pcb衬底1042可以包括四层金属贴片1040,如前所述。pcb衬底1042可以包括馈电层1002,诸如微带线1002a,其包括馈线1040a,该馈线1040a通过一个或多个通孔连接可操作地耦合到金属贴片1030。在一个示例中,附加馈线可以耦合到金属贴片1040、或pcb衬底内的附加金属贴片之一,以提供双极化能力。在一个示例中,内部部分1036中的底部金属贴片可操作地耦合到馈线。参考图11,进一步参考图10a-10f,示出了金属贴片几何形状的示例。通常,金属贴片辐射器的尺寸和形状可以基于频率、带宽和波束形成要求而变化。先前描述的金属贴片的这种几何形状仅是示例,而不是限制,因为可以使用其他辐射器形状和配置。例如,贴片天线阵列可以包括一个或多个贴片,包括诸如正方形贴片1102、圆形贴片1104、八边形贴片1106和三角形贴片1108等形状。也可以使用其他形状,并且天线阵列可以包括具有不同形状的贴片。贴片天线的特性可以通过改变个体贴片的边界来改变。例如,具有单个凹口的正方形贴片1110、诸如图10a-10f中描绘的具有多个凹口的正方形贴片1112、以及具有并行凹口的正方形1114可以用作辐射器。正方形贴片几何形状仅是示例,而不是限制,因为其他形状可以包括一个或多个凹口,诸如具有凹口的圆形1116、具有凹口的八边形1118和具有凹口的三角形1120。凹口的形状和位置可以不同。例如,凹口可以是半圆形、三角形、或从贴片上去除的其他形状的材料区域。贴片天线可以包括靠近贴片设置的一个或多个寄生辐射器。例如,可以使用具有一组寄生辐射器1122的贴片和具有两组寄生辐射器1124的贴片。超材料结构可以设置在贴片和寄生辐射器的组合周围。寄生辐射器的几何形状、数目和位置可以基于天线性能要求而不同。参考图1至4。进一步参考图10a-10f,示出了具有不同超材料结构的天线阵列的示例。第一天线阵列1202包括在均匀衬底上的多个金属贴片。第一天线阵列1202包括2×2阵列的四个单贴片基线天线902。第一天线阵列1202提供基线,通过该基线可以测量具有超材料结构的阵列的带宽提高。在图10b-10f中描述的示例单金属贴片天线和超材料结构可以扩展为多辐射器阵列,诸如贴片天线阵列330、340。例如,第二天线阵列1204包括四个贴片天线,其具有以2×2阵列布置的第二金属图案。超材料结构设置在每个金属贴片之间。金属贴片和超材料结构基于图10d中描述的具有第二金属图案的贴片天线。例如,第一金属贴片可以设置在第一区域中,并且超材料结构的第一图案可以设置在围绕第一区域的第二区域中。第二金属贴片可以设置在第三区域中,并且超材料结构的第二图案可以设置在第四区域中。第二和第四区域的至少一部分在第一区域与第三区域之间。在另一示例中,第三天线阵列1206包括具有以2×2阵列布置的环形环的四个贴片天线。2×2配置仅是示例,而不是限制,因为可以使用其他阵列(例如,1×2、1×3、1×4、2×3、2×4、3×3、3×4、4×4等)。天线阵列也不限于金属贴片,因为带状辐射器和偶极子配置可以用作有源和寄生元件。在天线的近场内向pcb衬底添加金属超材料会改变衬底的介电常数,并且可以用于为天线系统提供带宽改进。梯度指数超材料的实现可以与各种天线配置一起使用,并且不限于特定天线几何形状或阵列结构。例如,可以使用超材料结构带状天线,诸如单端馈电、圆形和差分馈电结构。在说明书中给出了具体细节,以提供对示例配置(包括实现)的透彻理解。然而,可以在没有这些具体细节的情况下实践配置。例如,已经示出了公知的电路、过程、算法、结构和技术,而没有不必要的细节,以避免使配置模糊。该描述仅提供示例配置,而不限制权利要求的范围、适用性或配置。而是,对配置的先前描述提供了用于实现所描述的技术的描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下,可以对元素的功能和布置进行各种改变。此外,如本文中使用的,在以“至少一个”开头或以“一个或多个”开头的项目列表中使用的“或”指示析取列表,使得例如列表“a、b或c中的至少一个”或列表“a、b或c中的一个或多个”或“a、b或c或其组合”表示a或b或c或ab或ac或bc或abc(即,a、b和c)、或者具有一个以上的特征的组合(例如,aa、aab、abbc等)。如本文中使用的,除非另有说明,否则功能或操作“基于”项目或条件的陈述表示该功能或操作基于所陈述的项目或条件,并且可以基于除了所陈述的项目或条件之外的一个或多个其他项目和/或条件。在附图中示出和/或在本文中讨论为彼此连接、耦合(例如,以通信方式耦合)或彼此通信的功能组件或其他组件可操作地耦合。即,它们可以直接或间接地、有线和/或无线地连接以实现它们之间的信号传输。已经描述了若干示例配置,在不脱离本公开的精神的情况下,可以使用各种修改、替代构造和等同形式。例如,以上元素可以是较大系统的组件,其中其他规则可以优先于或以其他方式修改本发明的应用。同样,可以在考虑以上元素之前、之中或之后进行很多操作。因此,以上描述不限制权利要求的范围。此外,可以公开一种以上的发明。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
当前第1页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1

威尼斯人棋牌|威尼斯欢乐娱人城

XML 地图 | Sitemap 地图