[发明专利]天线装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信天线，更具体地说，涉及一种基于人工电磁材料理论的天线装置。 

背景技术

随着半导体工艺的高度发展，对当今的电子系统集成度提出了越来越高的要求，器件的小型化成为了整个产业非常关注的技术问题。然而，不同于IC芯片遵循“摩尔定律”的发展，作为电子系统的另外重要组成——射频模块，却面临着器件小型化的高难度技术挑战。射频模块主要包括了混频、功放、滤波、射频信号传输、匹配网络与天线等主要器件。其中，天线作为最终射频信号的辐射单元和接收器件，其工作特性将直接影响整个电子系统的工作性能。然而天线的尺寸、带宽、增益等重要指标却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。比如，传统的终端通信天线主要基于电单极子或偶极子的辐射原理进行设计，最常用的平面反F天线(PIFA)。传统天线的辐射工作频率直接和天线的尺寸正相关，带宽和天线的面积正相关，使得天线尺寸设计局限于半波长的物理长度。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，突破传统天线设计的框架，省去阻抗匹配网络的复杂设计，保证其小型化，且天线辐射面积利用率高、抗干扰能力强。因此，本发明提供一种基于人工电磁材料理论的天线装置。 

一种天线装置包括： 

一介质基板，包括第一表面和与第一表面相对的第二表面； 

一馈电点；及 

一发射台，电连接所述馈电点，且与一金属结构相互电感耦合；其中所述馈电点、发射台、金属结构设置于所述介质基板的第一表面。 

进一步地，所述天线装置还包括一接地单元，所述接地单元分别设置于介质基板的第一表面和第二表面，且第一表面上接地单元分布于第二表面的接地单元在第一表面上投影区内，所述第一表面上的接地单元与第二表面的接地单元之间通过金属化通孔连接。 

进一步地，设置于第一表面上的接地单元沿所述馈电点成轴对称。 

进一步地，所述设置于第一表面上的接地单元沿所述馈电点成轴不对称。 

进一步地，所述金属结构包括选用互补式的开口谐振环金属结构、互补式弯折线金属结构、互补式的开口螺旋环金属结构及互补式的双开口螺旋环金属结构中的任意一种。 

进一步地，所述金属结构包括由一种或者是通过前面几种结构衍生、复合或组阵得到。 

进一步地，所述衍生分为包括几何形状衍生和扩展衍生中的任意一种。 

进一步地，所述介质基板采用介电材料制成。 

进一步地，所述介电材料包括空气、陶瓷、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料中的任意一种或者他们之间组成成的低损耗材料制成。 

进一步地，所述天线谐振频段包2.4GHz无线通讯频带、5.8GHz无线通讯频带或者2.4GHz/5.8GHz无线通讯双频带。 

采用人工电磁材料技术设计出相关电磁波谐振响应金属结构库，这些结构尺寸相对传统的天线结构较小，使得天线的物理尺寸不受半波长的物理长度限制；可以进一步对影响的天线性能的参数进行优化，缩小天线的体积，有利于天线小型化设计。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明： 

图1为本发明天线装置一实施例的一侧面俯视图； 

图2为图1所示天线装置的另一侧面的俯视图； 

图3为图1所示天线装置的S11实测参数图； 

图4为图1所示天线装置的仿真方向图； 

图5为本发明天线装置的金属结构的平面示意图； 

图6为本发明天线装置的第二实施例的一侧面俯视图； 

图7为图6所示天线装置的另一侧面的后视图； 

图8为图6所示天线装置的S11实测参数图； 

图9为图6所示天线装置的实测方向图； 

图10为本发明天线装置的第三实施例的一侧面俯视图； 

图11为图10所示天线装置的另一侧面的后视图； 

图12为图10所示天线装置的S11实测参数图； 

图13为图10所示天线装置在2.4GHz频段的实测方向图； 

图14为图10所示天线装置在5.8GHz频段的实测方向图； 

图15a为本发明电磁波辐射接收单元包含的一种开口谐振环金属结构平面图； 

图15b为图15a所示开口谐振环金属结构的一种互补式金属结构平面图；