專利名稱：基于超材料天線的無線接入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線無線接入設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超材料天線的無線接入設(shè)備。
背景技術(shù)：
WLAN是一種靈活的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其能夠被實現(xiàn)作為對有線局域網(wǎng)(LAN)的擴(kuò)展或替代。典型地，WLAN使用射頻(RF)技術(shù)在空中發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不依賴任何物理連接。 將被發(fā)送的數(shù)據(jù)疊加在無線載波上，使得在接收端能夠?qū)⑵渚_地提取。假設(shè)是在不同射頻上發(fā)射無線電波，則在相同的時間、同樣的空間中存在多個無線載波，而不彼此干擾。為了提取數(shù)據(jù)，無線接收機調(diào)諧到一個頻率上，而丟棄所有其它頻率。
在典型的WLAN系統(tǒng)中，WLAN系統(tǒng)通常包括接入點(Access Point, AP)，所說接入點設(shè)置有用于收發(fā)電磁波信號的天線。例如，專利申請?zhí)枮?00520055478. O的中國專利公開了一種通常用于無線接入點的半波對稱振子結(jié)構(gòu)的天線，該天線包括相對成一直線設(shè)置的第一、第二對稱部和一饋線，饋線通過與設(shè)置于第一、第二對稱部一端的饋線接入點電性連接，所述第一對稱部包括并列設(shè)置的第一、第三輻射部，該第二對稱部包括并列設(shè)置的第二、第四輻射部，其中，該第一、第二輻射部工作于第一頻段，兩者成一直線相對設(shè)置，且長度相等，均等于其上傳輸電磁波波長的四分之一；而上述第三、第四輻射部工作于第二頻段，兩者成一直線相對設(shè)置，且長度相等，均等于其上傳輸電磁波波長的四分之一。然而，上述現(xiàn)有的天線體積大，不符合電子產(chǎn)品小型化的需要。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于超材料天線的無線接入設(shè)備，該無線接入設(shè)備的天線對環(huán)境要求低，增益高，能夠在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場型，該無線接入設(shè)備整體體積小。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提出一種基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其包括無線接入設(shè)備 主體和安裝在所述無線接入設(shè)備主體上且與之進(jìn)行信號傳輸?shù)奶炀€，所述天線包括介質(zhì)基板、金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地，所述金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地均置于所述介質(zhì)基板上，所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對兩表面的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。
進(jìn)一步地，所述第一參考地單元及第二參考地單元相互電連接。
進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板設(shè)置有若干金屬化通孔，所述第一參考地單元與所述第二參考地單元通過所述金屬化通孔實現(xiàn)電連接。
進(jìn)一步地，所述第一參考地單元設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元及第二金屬面單元，所述第一金屬面單元與所述饋線的一端位置相對，使所述饋線的一端形成所述微帶線；所述第二參考地單元設(shè)置有第三金屬面單元，所述第三金屬面單元與所述第二金屬面單元位置相對。
進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板位于所述第二金屬面單元及所述第三金屬面單元處開設(shè)有若干金屬化通孔，所述第二金屬面單元與所述第三金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。
進(jìn)一步地，所述第三金屬面單元位于所述金屬結(jié)構(gòu)的一端，所述第三金屬面單元呈長方面板狀，并與所述饋線的延伸方向相同。
進(jìn)一步地，所述第二參考地單元還設(shè)置有第四金屬面單元，所述第四金屬面單元位于所述饋線一端的一側(cè)，并位于所述饋線的延伸方向上。
進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板位于所述第一金屬面單元及所述第四金屬面單元處開設(shè)有若干金屬化通孔，所述第一金屬面單元與所述第四金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。
進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)為互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式彎折線結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)中的任一種。
進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)設(shè)置有框體及位于所述框體內(nèi)的兩螺旋線，所述兩螺旋線相互連接形成開口螺旋環(huán)，所述開口螺旋環(huán)與所述框體連接，所述螺旋線的自由端呈面板狀。
綜上所述，本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備通過精密地控制天線金屬結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螒B(tài)及合理布局所述微帶線，便得到需要的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布，使天線能夠在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場型，增益高，此外，所述天線占用體積小，因而無線接入設(shè)備的整體體積小，對環(huán)境要求低。


圖1是本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備的原理框圖；
圖2是本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備的主視圖3是本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備的后視圖4是圖1所示本發(fā)明的S參數(shù)的仿真圖5a為互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖5b所示為互補式螺旋線結(jié)構(gòu)的示意圖5c所示為開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖5d所示為雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖5e所示為互補式彎折線結(jié)構(gòu)的示意圖6a為圖5a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其幾何形狀衍生示意圖6b為圖5a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其擴(kuò)展衍生示意圖7a為三個圖5a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后的結(jié)構(gòu)示意圖7b為兩個圖5a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)與圖5b所示為互補式螺旋線結(jié)構(gòu)的復(fù)合示意圖8為四個圖5a所示的互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備做進(jìn)一步的描述
超材料天線基于人工電磁材料技術(shù)設(shè)計而成，人工電磁材料是指將金屬片鏤刻成特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)，并將所述特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)設(shè)置于一定介電常數(shù)和磁導(dǎo)率基材上而加工制造的等效特種電磁材料，其性能參數(shù)主要取決于其亞波長的特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)。在諧振頻段，人工電磁材料通常體現(xiàn)出高度的色散特性，換言之，天線的阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會發(fā)生劇烈的變化。因而可采用人工電磁材料技術(shù)對上述天線的基本特性進(jìn)行改造，使得金屬結(jié)構(gòu)與其依附的介質(zhì)基板等效地組成了一個高度色散的特種電磁材料，從而實現(xiàn)輻射特性豐富的新型天線。
請參閱圖1至圖3，本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備為無線接入點(AP)，其包括無線接入設(shè)備主體I和安裝在所述無線接入設(shè)備主體I上且與之進(jìn)行信號傳輸?shù)奶炀€ 2。所述無線接入設(shè)備主體I包括順秩電連接的微處理器模塊11、基帶處理模塊12、射頻處理模塊13及前端放大模塊14，所述微處理器模塊11連接有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信接口模塊15及存儲器16。所述無線接入設(shè)備主體I為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。所述天線2包括介質(zhì)基板 21、金屬結(jié)構(gòu)22、饋線23及參考地，所述介質(zhì)基板21呈長方板狀，其可由高分子聚合物、陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等材質(zhì)制成。在本實施例中，所述介質(zhì)基板21的材質(zhì)采用玻纖材質(zhì)(FR4)制成，因而不僅成本低，而且可保證在不同的工作頻率中保持良好的天線工作特性。
所述金屬結(jié)構(gòu)22、饋線23及參考地均置于所述介質(zhì)基板21的表面上，所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述介質(zhì)基板21形成超材料，所述超材料的性能取決于所述金屬結(jié)構(gòu)22，在諧振頻段，超材料通常體現(xiàn)出高度的色散特性，即其阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會發(fā)生劇烈的變化，因而通過改變所述金屬結(jié)構(gòu)22及介質(zhì)基板21的基本特性，便使得所述金屬結(jié)構(gòu)22與介質(zhì)基板21等效地組成一個按照洛倫茲材料諧振模型的高度色散的特種電磁材料。
請參閱圖1及圖4至圖8，所述金屬結(jié)構(gòu)22可為互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式彎折線結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)中的任 一種或類似的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)或金屬蝕刻圖案，所述金屬結(jié)構(gòu)22的形狀有無窮多種，并不局限于上述所舉的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，所述金屬結(jié)構(gòu)22設(shè)置有框體221及位于所述框體221內(nèi)的兩螺旋線222，所述兩螺旋線222相互連接形成開口螺旋環(huán)，所述開口螺旋環(huán)與所述框體221連接，所述螺旋線222的自由端呈面板狀，所述面板狀的端部可增加天線的受波面積。本實施例的工作頻段是2. 4GHZ 2. 49GHZ及5. 72GHZ 5. 85GHZ，上述該兩頻段的增益分別可達(dá)3. 58dBi及3. 14dBi，由圖3可知，本發(fā)明的發(fā)射系數(shù)較小。
所述饋線23設(shè)置在所述金屬結(jié)構(gòu)22的一側(cè)，并沿著所述金屬結(jié)構(gòu)22的長度方向延伸，其與所述金屬結(jié)構(gòu)22相互耦合，其中，所述饋線23的一端彎折延伸至所述金屬結(jié)構(gòu)22端部一側(cè)。此外，可根據(jù)需要在所述饋線23與金屬結(jié)構(gòu)22之間的空間中嵌入容性電子元件，通過嵌入容性電子元件調(diào)節(jié)饋線23與金屬結(jié)構(gòu)22之間的信號耦合，由公式f=l/ (2%^LC )，可知電容值的大小和工作頻率的平方成反比，所以當(dāng)需要的工作頻率為較低工作頻率時，可以通過適當(dāng)?shù)那度肴菪噪娮釉崿F(xiàn)。加入的容性電子元件的電容值范圍通常在0-2pF之間，不過隨著天線工作頻率的變化嵌入的電容值也可能超出0-2pF 的范圍。
所述參考地位于所述饋線23的一側(cè)，使所述饋線23的位于所述金屬結(jié)構(gòu)22端部的一端形成微帶線231。在本實施例中，所述參考地包括第一參考地單元24及第二參考地單元25，所述第一參考地單元24及第二參考地單元25分別位于所述介質(zhì)基板21的相對兩表面。所述第一參考地單元24設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元241及第二金屬面單元242。所述第二參考地單元25與所述饋線23位于所述介質(zhì)基板21的同一側(cè)，并設(shè)置有第三金屬面單元251及第四金屬面單元252。
所述第一金屬面單元241與所述饋線23位置相對，使所述饋線23的位于所述金屬結(jié)構(gòu)22端部的一端形成所述微帶線231，即所述參考地為虛擬地。所述第二金屬面單元 242與所述第三金屬面單元251位置相對。所述第三金屬面單元251位于所述金屬結(jié)構(gòu)22 的一端，所述第三金屬面單元251呈長方面板狀，并與所述饋線23的延伸方向相同。所述介質(zhì)基板21位于所述第二金屬面單元242及所述第三金屬面單元251處開設(shè)有若干金屬化通孔26，所述第二金屬面單元242與所述第三金屬面單元251通過所述金屬化通孔26電連接。
所述第四金屬面單元252位于所述饋線23 —端的一側(cè)，并位于所述饋線23的延伸方向上。所述介質(zhì)基板21位于所述第一金屬面單元241及所述第四金屬面單元252處開設(shè)有若干金屬化通孔26，所述第一金屬面單元241與所述第四金屬面單元252通過所述金屬化通孔26電連接。通過第一金屬面單元241與所述饋線23的一端形成所述微帶線231， 因而可減少外部信號對在所述饋線23上傳送的信號干擾，提高天線增益，實現(xiàn)較好的阻抗匹配，節(jié)省材料，成本低。所述第一金屬面單元241至第四金屬面單元252之間通過巧妙的位置設(shè)置，因而使所述參考地占用較小的空間，便實現(xiàn)較大的面 積。此外，通過設(shè)置所述金屬化通孔26，因而可進(jìn)一步提高所述參考地的面積。
綜上所述，本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備通過精密地控制天線金屬結(jié)構(gòu)22的拓?fù)湫螒B(tài)及合理布局所述微帶線231，便得到需要的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布， 使天線能夠在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場型，增益高，此外，所述天線占用體積小，因而無線接入設(shè)備的整體體積小，對環(huán)境要求低。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
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，例如，所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述饋線23之間設(shè)置有連接件，使所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述饋線23相互電連接，即所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述饋線23之間采用感性耦合方式等，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于超材料天線的無線接入設(shè)備，包括無線接入設(shè)備主體和安裝在所述無線接入設(shè)備主體上且與之進(jìn)行信號傳輸?shù)奶炀€，其特征在于所述天線包括介質(zhì)基板、金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地，所述金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地均置于所述介質(zhì)基板上，所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對兩表面上的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述第一參考地單元及第二參考地單元相互電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述介質(zhì)基板設(shè)置有若干金屬化通孔，所述第一參考地單元與所述第二參考地單元通過所述金屬化通孔實現(xiàn)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述第一參考地單元設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元及第二金屬面單元，所述第一金屬面單元與所述饋線的一端位置相對，使所述饋線的一端形成所述微帶線；所述第二參考地單元設(shè)置有第三金屬面單元，所述第三金屬面單元與所述第二金屬面單元位置相對。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述介質(zhì)基板位于所述第二金屬面單元及所述第三金屬面單元處開設(shè)有若干金屬化通孔，所述第二金屬面單元與所述第三金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述第三金屬面單元位于所述金屬結(jié)構(gòu)的一端，所述第三金屬面單元呈長方面板狀，并與所述饋線的延伸方向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述第二參考地單元還包括第四金屬面單元，所述第四金屬面單元位于所述饋線一端的一側(cè)，并位于所述饋線的延伸方向上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述介質(zhì)基板位于所述第一金屬面單元及所述第四金屬面單元處開設(shè)有若干金屬化通孔，所述第一金屬面單元與所述第四金屬面單元通過所述金屬化通孔電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述金屬結(jié)構(gòu)為互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式螺旋線結(jié)構(gòu)、開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補式彎折線結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后結(jié)構(gòu)、互補式開口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)中的任一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其特征在于所述金屬結(jié)構(gòu)設(shè)置有框體及位于所述框體內(nèi)的兩螺旋線，所述兩螺旋線相互連接形成開口螺旋環(huán)，所述開口螺旋環(huán)與所述框體連接，所述螺旋線的自由端呈面板狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于超材料天線的無線接入設(shè)備，其包括無線接入設(shè)備主體和安裝在所述無線接入設(shè)備主體上且與之進(jìn)行信號傳輸?shù)奶炀€，所述天線包括介質(zhì)基板、金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地，所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對兩表面的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。本發(fā)明基于超材料天線的無線接入設(shè)備通過精密地控制天線金屬結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螒B(tài)及合理布局所述微帶線，便得到需要的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布，使天線能夠在工作頻段內(nèi)實現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場型，增益高，此外，所述天線占用體積小，因而無線接入設(shè)備的整體體積小，對環(huán)境要求低。
文檔編號H01Q1/38GK103022659SQ20111028658
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄, 李岳峰 申請人:深圳光啟高等理工研究院, 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司