專利名稱：一種近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超材料領(lǐng)域，具體地涉及一種近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線。
背景技術(shù)：
隨著近距離通信的發(fā)展，對(duì)天線近場(chǎng)輻射的研究也越來(lái)越收到重視。例如，“移動(dòng)支付”就是近距離通信的例子。在實(shí)際使用時(shí)，手機(jī)和讀卡器的天線往往都工作在近場(chǎng)區(qū)。為了實(shí)現(xiàn)可靠的交易，我們需要對(duì)天線的近場(chǎng)輻射有正確的定義。目前在實(shí)際的工程應(yīng)用中，往往沿用天線遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射公式進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)果和從天線近場(chǎng)考慮相去甚遠(yuǎn)
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是一種近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，所述天線包括常規(guī)天線以及覆蓋在常規(guī)天線上的超材料，所述超材料包括基材以及附著在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述基材由多個(gè)相互平行的片狀基板堆疊形成，每個(gè)片狀基板上均附著有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述片狀基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯制得。進(jìn)一步地，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述的每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線。進(jìn)一步地，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。進(jìn)一步地，所述金屬線為銅線或銀線。進(jìn)一步地，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第二主線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線。進(jìn)一步地，所述第一主線及第二主線相互平分，所述兩個(gè)第一支線的中心連接在第一主線上，所述兩個(gè)第二支線的中心連接在第二主線上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)天線近場(chǎng)輻射能流分布調(diào)制的方法，天線的外面覆蓋有超材料，天線產(chǎn)生的輻射首先要先通過(guò)超材料，然后才能輻射到自由空間，通過(guò)超材料的電磁波其電磁參數(shù)必然發(fā)生改變，因此，通過(guò)設(shè)計(jì)超材料的電磁參數(shù)空間分布，能夠獲得想要的天線的輻射近場(chǎng)能流分布。


圖I是常規(guī)天線發(fā)出的電磁波穿過(guò)超材料后能流發(fā)生改變的示意圖；圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例超材料的結(jié)構(gòu)示意圖4為圖I所示圖案衍生得到的一個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案；圖5為圖I所示圖案變形得到的一個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案；圖6為圖I所示圖案變形得到的另一個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案。
具體實(shí)施例方式“超材料"是指一些具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。通過(guò)在材料的關(guān)鍵物理尺度上的結(jié)構(gòu)有序設(shè)計(jì)，可以突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超出自然界固有的普通性質(zhì)的超常材料功能?！俺牧?重要的三個(gè)重要特征(I) “超材料"通常是具有新奇人工結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料； (2) “超材料"具有超常的物理性質(zhì)(往往是自然界的材料中所不具備的)；(3) “超材料"性質(zhì)由構(gòu)成材料的本征性質(zhì)及其中的人造微結(jié)構(gòu)共同決定。如圖I所示，根據(jù)本發(fā)明的近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，所述天線包括常規(guī)天線20以及覆蓋在常規(guī)天線20上的超材料10，所述超材料10包括基材以及附著在基材I上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2。此處的常規(guī)天線就是未加超材料之前的天線，可以是任意的已知的天線，其具有發(fā)射和接收電磁波的功能。此處的覆蓋，可是完全覆蓋，例如設(shè)計(jì)一殼體狀的超材料完全罩住天線，使得天線發(fā)射的各個(gè)方向的電磁波都必須通過(guò)超材料；當(dāng)然也可以是部分覆蓋，例如只在天線方向圖的主瓣方向覆蓋天線。根據(jù)本發(fā)明的近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，天線的外面覆蓋有超材料，天線產(chǎn)生的輻射首先要先通過(guò)超材料，然后才能輻射到自由空間，通過(guò)超材料的電磁波其電磁參數(shù)必然發(fā)生改變，做為公知常識(shí)我們可知，電磁波的能流密度(坡印廷)矢量f= A點(diǎn)#與點(diǎn)分別決定于介電常數(shù)與磁導(dǎo)率(統(tǒng)稱為電磁參數(shù))，因此電磁波的電磁參數(shù)的改變(相當(dāng)于造與請(qǐng)的改變)，電磁波的能流密度矢量必然發(fā)生改變，因此，通過(guò)設(shè)計(jì)超材料的電磁參數(shù)空間分布，能夠獲得想要的天線的近場(chǎng)輻射能流分布。本發(fā)明所說(shuō)的調(diào)節(jié)是指，通過(guò)不同的超材料，獲得不同的天線近場(chǎng)輻射能流分布，以滿足不同的需要。作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，所述基材I由多個(gè)相互平行的片狀基板11堆疊形成，每個(gè)片狀基板11上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)2。實(shí)際做產(chǎn)品的時(shí)候，還可以對(duì)其進(jìn)行封裝，使得從外部看不到金屬微結(jié)構(gòu)，封裝的材料與基材相同。本發(fā)明的所述片狀基板11可以由陶瓷材料、環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯制得。作為一個(gè)實(shí)施例，選用聚四氟乙烯來(lái)制成片狀基板。聚四氟乙烯的電絕緣性非常好，因此不會(huì)對(duì)電磁波的電場(chǎng)產(chǎn)生干擾，并且具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性，使用壽命長(zhǎng)，作為人造微結(jié)構(gòu)附著的基材是很好的選擇。本實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的人造微結(jié)構(gòu)2為金屬微結(jié)構(gòu)，所述的每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線。作為一個(gè)實(shí)施例，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。當(dāng)然，也可以是三維激光加工等其它可行的加工方法。作為一個(gè)實(shí)施例，所述金屬線為銅線或銀線。銅與銀的導(dǎo)電性能好，對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)更加靈敏。如圖2所示，作為一個(gè)具體的實(shí)施例，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線21及第二主線22，所述第一主線21的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線23，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線24。所述第一主線21及第二主線22相互平分，所述兩個(gè)第一支線23的中心連接在第一主線21上，所述兩個(gè)第二支線24的中心連接在第二主線22上。圖中只是示意，實(shí)際上第一主線、第二主線、第一支線及第二支線都是有寬度的。如圖3所示，同一平面內(nèi)金屬微結(jié)構(gòu)呈4X6的矩陣排列，并且在電磁波的入射方向上排布有6層出塊片狀基板)，這只是個(gè)示意性表示，根據(jù)不同需要可以有不同的平面排列，并且在電磁波入射方向上金屬微結(jié)構(gòu)的排布也可以有其它層數(shù)。當(dāng)然，這里只是舉了一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，金屬線還可以有其它的圖案(或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu))，如圖4-圖6所示。其中圖4為上述圖案的衍生，即在兩個(gè)第一支線和兩個(gè)第二支線的兩端均再加兩個(gè)支線，依此類推，還可以有很多其它的衍生圖案；其中圖5至圖6為上述圖案的變形；上述的4個(gè)例子都是對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)的金屬微結(jié)構(gòu)(即可以影響電磁波的介電常數(shù))；另外還有許多對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)的金屬微結(jié)構(gòu)，如在許多文獻(xiàn)中都被引用到的開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)。所述金屬微結(jié)構(gòu)只要對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的至少一個(gè)有響應(yīng)即可，因而改變通過(guò)其的電磁 波的能流分布。另外金屬微結(jié)構(gòu)還可以有很多變形圖案，本發(fā)明并不能對(duì)此一一列舉。在基材選定的情況下，可以通過(guò)設(shè)計(jì)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布獲得想要的能流分布。這是因?yàn)椋ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)金屬微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布，即可設(shè)計(jì)出超材料空間調(diào)制器所在空間中每一單元的電磁參數(shù)ε和μ。至于怎么得到金屬微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布，這個(gè)方法是多種的，舉個(gè)例子，可以通過(guò)逆向的計(jì)算機(jī)仿真模擬得到，首先我們確定需要的近場(chǎng)能流分布，根據(jù)此效果去設(shè)計(jì)超材料整體的電磁參數(shù)分布，再?gòu)恼w出發(fā)計(jì)算出空間中每一點(diǎn)的電磁參數(shù)分布，根據(jù)這每一點(diǎn)的電磁參數(shù)來(lái)選擇相應(yīng)的金屬微結(jié)構(gòu)的圖案、設(shè)計(jì)尺寸和/或金屬微結(jié)構(gòu)在空間中的排布(計(jì)算機(jī)中事先存放有多種金屬微結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù))，對(duì)每個(gè)點(diǎn)的設(shè)計(jì)可以用窮舉法，例如先選定一個(gè)具有特定圖案的金屬微結(jié)構(gòu)，計(jì)算電磁參數(shù)，將得到的結(jié)果和我們想要的對(duì)比，對(duì)比再循環(huán)多次，一直到找到我們想要的電磁參數(shù)為止，若找到了，則完成了金屬微結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)選擇；若沒(méi)找到，則換一種圖案的金屬微結(jié)構(gòu)，重復(fù)上面的循環(huán)，一直到找到我們想要的電磁參數(shù)為止。如果還是未找到，則上述過(guò)程也不會(huì)停止。也就是說(shuō)只有找到了我們需要的電磁參數(shù)的金屬微結(jié)構(gòu)后，程序才會(huì)停止。由于這個(gè)過(guò)程都是由計(jì)算機(jī)完成的，因此，看似復(fù)雜，其實(shí)很快就能完成。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，其特征在于，所述天線包括常規(guī)天線以及覆蓋在常規(guī)天線上的超材料，所述超材料包括基材以及附著在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，其特征在于，所述基材由多個(gè)相互平行的片狀基板堆疊形成，每個(gè)片狀基板上均附著有多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，其特征在于，所述片狀基板由陶瓷材料、環(huán)氧樹(shù)脂或聚四氟乙烯制得。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)為金屬微結(jié)構(gòu)，所述的每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)為一具有圖案的附著在片狀基板上的金屬線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)天線近場(chǎng)輻射能流分布調(diào)制的方法，其特征在于，所述金屬線通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻的方法附著在片狀基板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)天線近場(chǎng)輻射能流分布調(diào)制的方法，其特征在于，所述金屬線為銅線或銀線。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超材料極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述金屬線呈二維雪花狀，其具有相互垂直呈“十”字的第一主線及第二主線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第一支線，所述第一主線的兩端垂直設(shè)置有兩個(gè)第二支線。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超材料極化轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述第一主線及第二主線相互平分，所述兩個(gè)第一支線的中心連接在第一主線上，所述兩個(gè)第二支線的中心連接在第二主線上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，所述天線包括常規(guī)天線以及覆蓋在常規(guī)天線上的超材料，所述超材料包括基材以及附著在基材上的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的近場(chǎng)輻射能流分布可調(diào)節(jié)的天線，天線的外面覆蓋有超材料，天線產(chǎn)生的輻射首先要先通過(guò)超材料，然后才能輻射到自由空間，通過(guò)超材料的電磁波其電磁參數(shù)必然發(fā)生改變，因此，通過(guò)設(shè)計(jì)超材料的電磁空間分布，能夠獲得想要的天線的近場(chǎng)輻射能流分布。
文檔編號(hào)H01Q1/38GK102683859SQ20111006175
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 徐冠雄 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院