專利名稱：天線裝置及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動通信技術(shù)，尤其涉及一種天線裝置及其制作方法。
背景技術(shù)：
隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用日益增多，由于高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)較多地被應(yīng)用在室內(nèi)場景中，因此室內(nèi)分布系統(tǒng)在無線通信系統(tǒng)中具有重要的作用。目前，室內(nèi)分布系統(tǒng)多采用全向吸頂天線或定向壁掛天線對室內(nèi)場景進行覆蓋，所采用天線的尺寸由天線的通信頻段決定。天線的通信頻段越高，其物理尺寸越小；天線的通信頻段越低，其物理尺寸越大。
現(xiàn)有技術(shù)中的室內(nèi)分布系統(tǒng)，一般需要同時應(yīng)用于多種通信制式的通信系統(tǒng)中，天線的尺寸取決于其中較低的通信頻段，而通信頻率較低時所需要采用的天線的尺寸則較大，因此現(xiàn)有的室內(nèi)分布系統(tǒng)所采用的天線存在尺寸較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種天線裝置及其制作方法。本發(fā)明一方面提供了一種天線裝置，包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體與所述第二導(dǎo)體組合構(gòu)成的空腔為諧振腔，該天線裝置還包括所述諧振腔由第一材料和第二材料填充，所述第一材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的材料，所述第二材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的材料；所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中。本發(fā)明還提供了一種天線裝置制作方法，包括將第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體組合，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體構(gòu)成的空腔為天線裝置的諧振腔；利用第一材料和第二材料對所述諧振腔進行填充，所述第一材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的材料，所述第二材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的材料；將所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中。本發(fā)明實施例中的天線裝置及其制作方法，在第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體構(gòu)成的諧振腔中填充介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的常規(guī)材料，即第一材料，同時還在諧振腔中填充介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的左手材料，即第二材料，并且將第一材料和第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在諧振腔中，由于電磁波在諧振腔中不再通過空氣傳播，而是在兩種填充材料中傳播，因此通過適當(dāng)?shù)剡x擇兩種填充材料的厚度，可以使得在正常工作于通信頻段的條件下，該天線裝置的物理尺寸比未填充第一材料和第二材料的同類型天線的物理尺寸有較大幅度的縮?。徊⑶矣捎诘谝徊牧虾偷诙牧献鳛榛逄畛湓谔炀€裝置的諧振腔內(nèi)，與天線裝置中的部件緊密結(jié)合，提高了天線裝置結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。


圖1a為室內(nèi)分布系統(tǒng)中雙錐天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1b為室內(nèi)分布系統(tǒng)中盤錐天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1c為室內(nèi)分布系統(tǒng)中盤形天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為電磁波在第一材料和第二材料中的傳播特性；圖3為本發(fā)明天線裝置一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明天線裝置另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5a為本發(fā)明天線裝置再一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5b為本發(fā)明天線裝置再一實施例的俯視圖；圖6為本發(fā)明天線裝置制作方法實施例的流程圖。
具體實施例方式圖1a為室內(nèi)分布系統(tǒng)中雙維天線的結(jié)構(gòu)不意圖；圖1b為室內(nèi)分布系統(tǒng)中盤維天線的結(jié)構(gòu)示意圖；圖1c為室內(nèi)分布系統(tǒng)中盤形天線的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖la、lb和Ic所示，室內(nèi)分布系統(tǒng)中所采用的天線可以為雙錐天線、盤錐天線或盤形天線。雙錐天線、盤錐天線或盤形天線均可由第一導(dǎo)體11和第二導(dǎo)體12構(gòu)成。如圖1a所示，雙錐天線的第一導(dǎo)體11和第二導(dǎo)體12均為錐形結(jié)構(gòu)；如圖1b所示，盤錐天線的第一導(dǎo)體11為盤形結(jié)構(gòu)，且第二導(dǎo)體12為錐形結(jié)構(gòu)；圖1c所示的是盤形天線的側(cè)視圖，或稱為左視圖，盤形天線的第一導(dǎo)體11和第二導(dǎo)體12均為盤形結(jié)構(gòu)，第一導(dǎo)體11和第二導(dǎo)體12的俯視圖均為圓形。圖la、lb和Ic中的各第一導(dǎo)體11均用于將電磁波輻射到自由空間中，第二導(dǎo)體12與地連接，起到接地板的作用。第一導(dǎo)體11與第二導(dǎo)體12組合構(gòu)成天線結(jié)構(gòu)，同時第一導(dǎo)體11與第二導(dǎo)體12組合構(gòu)成的空腔，即為該天線的諧振腔。為了滿足電磁波在諧振腔中傳播時，所經(jīng)過的傳播路徑滿足半波長的要求，半波長即為電磁波的波長的一半。電磁波的波長與該電磁波的諧振頻率是相關(guān)的，因此電磁波的通信頻率越低時，該電磁波的波長越長，相應(yīng)地，天線的諧振腔的物理尺寸則需要較大，也就是說，諧振腔的物理尺寸取決于天線工作的通信頻段，受所傳播電磁波的半波長的影響。本發(fā)明實施例天線裝置的諧振腔由第一材料和第二材料填充，其中所述第一材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的材料，所述第二材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的材料。介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的第一材料為常規(guī)材料，常規(guī)材料為自然界中自然存在的材料介質(zhì)，也可以稱為雙正介質(zhì)材料(Double Positive Material, DPM)。通過在常規(guī)材料中嵌入或在其表面刻上某種金屬幾何結(jié)構(gòu)，獲得并非在自然界中自然存在的材料介質(zhì)，即超材料，該超材料也可以稱為復(fù)合材料。例如，介電常數(shù)小于零、磁導(dǎo)率大于零的材料介質(zhì)，也可以稱為負介電常數(shù)材料(Epsilon Negative Material, ENM);介電常數(shù)大于零、磁導(dǎo)率小于零的材料介質(zhì)，也可以稱為負磁導(dǎo)率材料(Mue Negative Material, MNM)等；介電常數(shù)隨空間周期性變化的光子晶體材料(Photonic Band Gap Material，PBGM)，也可以稱為EBGM 材料(Electromagnetic Band Gap Material)。在超材料中還包括介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的第二材料為左手材料，左手材料也可以稱為雙負介質(zhì)材料(Double Negative Material,DNM)。本發(fā)明各實施例中所采用的第二材料均為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都小于零的左手材料。所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中，由于諧振腔中同時填充有第一材料和第二材料，第一材料和第二材料以預(yù)設(shè)的排列方式填充滿整個諧振腔。相應(yīng)地，第一材料和第二材料在排列時存在使兩種材料相鄰的邊界。圖2為電磁波在第一材料和第二 材料中的傳播特性，如圖2所示，Cl1為第一材料的厚度，d2為第二材料的厚度，在第一材料和第二材料相鄰的邊界處，電磁波滿足在不同介質(zhì)中傳播的邊界條件。波矢量1 和波印廷矢量Stl為電磁波在空氣中傳播時的傳播特性。第一材料的介電常數(shù)ε ,大于零，且其磁導(dǎo)率μ !大于零，電磁波在第一材料中傳播時的相速Vp和群速Vg方向相同，電場Ε、磁場H和波矢量場k滿足右手定則，波矢量Ii1和波印廷矢量S1的方向相
同，表現(xiàn)為前向波特性，其中，h，叫大于零。而第二材料的介電常數(shù)ε2
小于零，且其磁導(dǎo)率μ 2小于零，電磁波在第二材料中傳播時的相速Vp和群速Vg方向相反，電場Ε、磁場H和波矢量k滿足左手定則，波矢量k2和波印廷矢量S2的方向相反，表現(xiàn)為后
向波特性；其中，k2=n2k0,n2 =如2"2 n2大于零。本發(fā)明實施例中利用第一材料和第二材料填充整個諧振腔內(nèi)的空間，通過選擇適當(dāng)?shù)牡谝徊牧系暮穸菴l1和第二材料的厚度d2，從而根據(jù)第一材料的厚度Cl1和第二材料的厚度d2決定諧振腔的大小，進而決定天線裝置的大小。根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中傳播的邊界
條件和電磁場理論，可知即第一材料和第二材料的厚度的比例取決于該兩種材
料的磁導(dǎo)率的比值。在本發(fā)明實施例中，電磁波在諧振腔中不再是通過空氣傳播，而是通過第一材料和第二材料這兩種媒質(zhì)進行傳播。由于諧振腔被第一材料和第二材料所填充，因此諧振腔的物理尺寸可以由第一材料的厚度Cl1和第二材料的厚度d2決定。由于在電磁波通過第一材料和第二材料進行傳播，因此根據(jù)電磁場理論可知該諧振腔的物理尺寸可以比未填充第一材料和第二材料的諧振腔的物理尺寸更小，并且通過選擇適當(dāng)厚度的第一材料和第二材料，即決定了諧振腔的物理尺寸。而諧振腔的物理尺寸縮小是通過縮小所采用的第一導(dǎo)體11和第二導(dǎo)體12的物理尺寸實現(xiàn)的。相應(yīng)地，第一導(dǎo)體11和第二導(dǎo)體12的大小受由第一材料的厚度Cl1和第二材料的厚度d2影響，而第一材料的厚度Cl1和第二材料的厚度d2的比例由第二材料的磁導(dǎo)率與第一材料的磁導(dǎo)率的比值決定。因此，通過選擇適當(dāng)?shù)牡谝徊牧虾偷诙牧?，以及第一材料的厚度Cl1和第二材料的厚度d2，可以實現(xiàn)當(dāng)工作在相同的通信頻段時，本發(fā)明實施例中的天線裝置的物理尺寸與現(xiàn)有技術(shù)中室內(nèi)分布系統(tǒng)中的天線的物理尺寸相比得到了大幅度的減小。具體的，根據(jù)電磁波在不同介質(zhì)中傳播的邊界條件和電磁場理論，獲得f = π
di |M|
這一結(jié)論的推導(dǎo)過程如下。如圖2所示，沿z軸方向分布著三種傳播媒質(zhì)，分別為波矢量為1 的空氣、波矢量為h的第一材料以及波矢量為k2的第二材料，并且第一材料填充在(KzCd1的區(qū)域，第二材料填充在的區(qū)域。對填充了第一材料和第二材料的區(qū)域的電場和磁場情況進行分析，并且暫不考慮時間因子
權(quán)利要求
1.一種天線裝置，包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體與所述第二導(dǎo)體組合構(gòu)成的空腔為諧振腔，其特征在于，還包括 所述諧振腔由第一材料和第二材料填充，所述第一材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的材料，所述第二材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的材料； 所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體構(gòu)成雙錐天線或盤錐天線； 相應(yīng)地，所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中具體為 所述第一材料和所述第二材料按照層疊的方式排列在所述諧振腔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線裝置，其特征在于，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體構(gòu)成盤形天線； 相應(yīng)地，所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中具體為 所述第一材料和所述第二材料按照套設(shè)的方式排列在所述諧振腔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的天線裝置，其特征在于，在所述諧振腔的任意縱截面上，所述第一材料的厚度與所述第二材料的厚度的比例相等；所述縱截面為與所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體的軸線方向平行的截面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線裝置，其特征在于，在所述諧振腔的任意橫截面上，所述第二材料的外邊界的半徑與所述第一材料的外邊界的半徑的差值，與所述第一材料的外邊界的半徑的比例相等；或者所述第一材料的外邊界的半徑與所述第二材料的外邊界的半徑的差值，與所述第二材料的外邊界的半徑的比例相等；所述橫截面為與所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體的軸線方向垂直的截面。
6.一種天線裝置制作方法，其特征在于，包括 將第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體組合，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體構(gòu)成的空腔為天線裝置的諧振腔； 利用第一材料和第二材料對所述諧振腔進行填充，所述第一材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的材料，所述第二材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的材料； 將所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線裝置制作方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體構(gòu)成雙錐天線或盤錐天線； 相應(yīng)地，所述將所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中具體為 將所述第一材料和所述第二材料按照層疊的方式排列在所述諧振腔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線裝置制作方法，其特征在于，所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體構(gòu)成盤形天線； 相應(yīng)地，所述將所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中具體為 將所述第一材料和所述第二材料按照套設(shè)的方式排列在所述諧振腔中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的天線裝置制作方法，其特征在于，在所述諧振腔的任意縱截面上，所述第一材料的厚度與所述第二材料的厚度的比例相等；所述縱截面為與所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體的軸線方向平行的截面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線裝置制作方法，其特征在于，在所述諧振腔的任意橫截面上，所述第二材料的外邊界的半徑與所述第一材料的外邊界的半徑的差值，與所述第一材料的外邊界的半徑的比例相等；或者所述第一材料的外邊界的半徑與所述第二材料的外邊界的半徑的差值，與所述第二材料的外邊界的半徑的比例相等；所述橫截面為與所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體的軸線方向垂直的截面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種天線裝置及其制作方法，其中天線裝置包括第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，所述第一導(dǎo)體與所述第二導(dǎo)體組合構(gòu)成的空腔為諧振腔，所述諧振腔由第一材料和第二材料填充，所述第一材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均大于零的材料，所述第二材料為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均小于零的材料；所述第一材料和所述第二材料按照預(yù)設(shè)的方式排列在所述諧振腔中，使得在正常工作于通信頻段的條件下，該天線裝置的物理尺寸比未填充第一材料和第二材料的同類型天線的物理尺寸有較大幅度的縮??；并且由于第一材料和第二材料作為基板填充在天線裝置的諧振腔內(nèi)，與天線裝置中的部件緊密結(jié)合，提高了天線裝置結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
文檔編號H01Q1/36GK103000988SQ201210260829
公開日2013年3月27日 申請日期2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月25日
發(fā)明者陳新明, 傅強, 陳旭東, 王健全, 李新中, 楊軍, 黃曉明, 呂召彪 申請人:中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團有限公司