[发明专利]天线装置

说明书

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种高性能、小型化的天线装置。

背景技术

微带天线(patch antenna)是在带有导体接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线，以其剖面薄、体积小、成本低等优点而被广泛应用于无线通信系统。它利用微带线、同轴线等馈线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板间的缝隙向外辐射。和常用的微波天线相比，它有如下一些优点：小型化、重量轻、成本低，馈电网络可与天线结构一起制成，适用于用印刷电路技术大批量生产，能与有源器件和电路集成为单一的模件，容易获得圆极化，容易实现双频、多频段工作等。

但是微带天线有着一些明显的局限，如低增益、低辐射效率、带宽窄等。随着系统设备的进一步减小，对微带天线的尺寸及功能提出更高的要求。但是尺寸减小的同时带来增益和辐射效率降低等问题。

发明内容

基于此，为了提升基于人工复合材料天线的性能。因此提供一种高性能、小型化的天线装置。

一种天线装置包括：

电磁波辐射/接收单元，用于产生辐射或和接收电磁波；

介质基板，用于承载所述电磁波辐射/接收单元；及

电磁波空间调制单元，设置于所述电磁波辐射/接收单元一侧，且与介质基板相离的距离d，其中当电磁波穿过所述电磁波空间调制单元时，电磁波空间调制单元对所述电磁波进行空间调制。

进一步地，所述空间调制是对电磁波在空间的汇聚、发散、偏折或频率选择表面(FSS)中的任意一种。

进一步地，所述电磁波空间调制单元包括一基板及依附于基板表面或者嵌入基板之中的金属结构阵列。

进一步地，所述金属结构阵列为开口谐振环阵列结构。

进一步地，所述介质基板包括母体材料、高介电常数的粉末颗粒及包裹所述高介电常数的粉末颗粒的有机高分子材料；所述高介电常数的粉末颗粒和有机高分子材料形成核壳结构，所述母体材料和有机高分子材料互不相溶；所述核壳结构无规则离散地分布嵌入在所述母体材料中。

进一步地，所述每一高介电常数的粉末颗粒的粒径在0.1um-2um之间。

进一步地，所述高介电陶瓷材料选用钛酸钡-锡酸钙和钛酸钡-锆酸钡系高介电常数铁电陶瓷、钛酸钡-锡酸铋系介电常数变化率低的铁电陶瓷、钛酸钡-锆酸钙-铌锆酸铋和钛酸钡—锡酸钡系高压铁电陶瓷以及多钛酸铋及其与钛酸锶等组成的固溶体系低损耗铁电陶瓷中的任意一种。

进一步地，所述介电常数的粉末颗粒表面上涂覆有活性剂，有机高分子材料通过化学键或氢键等吸附在表面活性剂上以形成所述核壳结构。

进一步地，所述有机高分子材料选用聚苯乙烯(PS)或者聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任意一种。

进一步地，所述介质基板在1GHz频率下工作，具有≤0.005的电损耗正切量。

进一步地，所述电磁波辐射/接收单元包括金属结构、及与金属结构耦合关联的馈线。

进一步地，所述金属结构采用各种人工电磁材料中的金属结构及其衍生结构。

进一步地，天线装置还包括一高介电常数模块，所述高介电常数模块设置电磁波空间调制单元与介质基板之间。

与相对现有技术相比，基于人工电磁材料原理研发天线时，研究各个影响天线性能的物理组成因素，如通过引入低介电常数介电损耗材料做天线的介质基板，降低损耗天线能量的损耗；或/和电磁波空间调制单元，当电磁波穿过所述电磁波空间调制单元时，电磁波空间调制单元对所述电磁波进行空间调制，满足天线个性化的设计需求。

附图说明

图1是本发明天线装置的示意图；

图2为图1天线装置的透视图；

图3为图1天线装置的截面图；

图4为图1所示高介电常数、低损耗介质基板一实施方式的示意图；

图5为图1所示高介电常数、低损耗介质基板另一实施方式的示意图；

图6为基于图4或所示介质基板加工成覆铜箔介质基板一实施方式的示意图；

图7为图4至图6所示介质基板的介电常数随高介电常数粉粒比例的变化示意图；

图8为图4至图6所示复合材料中核壳结构形成过程示意图；

图9为本发明介质基板和电磁波辐射接收单元结合一实施方式的示意图；

图10a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子结构平面图；

图10b为图10a所示开口谐振环金属子结构的一种互补式金属子结构平面图；