[发明专利]装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及电声天线。

背景技术

WO2009/081089中描述了由压电材料制成的天线。然而，在现有技术中存在着对使用大体上为平板形式的压电材料的偏见。虽然WO2009/081089中的图8b示出了八木型天线，但是压电杆提供了谐振元件并且没有被最佳的驱动。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种电磁波天线，该天线包括：压电材料条，该压电材料条具有长度和垂直于所述长度的横截面，其中所述长度是所述条的所述横截面的横向尺寸的至少5倍；第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极布置在所述压电材料条上并沿着所述条的所述长度被隔开；以及其中所述压电材料条在沿着所述条的所述长度的纵向方向上具有固有的偏振性。

在一些实施方式中，提供了沿着所述条的所述长度被隔开的一对（或更多）电极，以促进天线的差分驱动和有效操作以用于电声信号的传输或接收。在一些优选实施方式中，电极的间距被选择成与天线所耦合到的电路的阻抗（例如，大约50欧姆或大约75欧姆）大体上匹配（本领域技术人员将意识到，通过改变电极之间的间距，电极之间的有效电压也将被改变）。

可选地，在一些实施方式中，可采用3个或以上的电极来耦合到压电条，以再次为了获得改进的耦合/效率。在一些实施方式中，由于这些电极之间的相位延迟，这些电极中的一个或多个可以被提供有相位匹配元件（例如，延迟线）和/或这些电极可以耦合到变压器或平衡/不平衡变压器的不同抽头。这种布置促进了采用高Q天线很难实现的相位匹配。

在一些实施方式中，压电材料条的长宽比（也即条的长度与最大横向横截面尺寸的比率）为至少10:1、20:1或50:1。通常，条的横截面可以是任意形状，但是在一些实施方式中通常是正方形、矩形、圆形或椭圆形。（本领域技术人员将意识到，这里，“条”包括诸如、杆、线或须之类的形状）。

在一些实施方式中，可以沿着条的长度有间隔地、优选以有规则的间隔布置多个电极对。在一些实施方式中，可以将相反极性的电极进行交错。这促进差分驱动/信号放大。

在一些优选实施方式中，在压电条的一个或多个纵向表面或面上提供介电材料层，例如诸如PMMA的聚合物层。这有效地将电荷回收至压电条的表面并因此便于天线有效地与电磁辐射耦合。可选地，可以在条的一端或两端提供额外的镀金属层，以产生更陡峭的（声）阻抗转换，再次有利于增加效率。在一些实施方式中，天线被支撑在沿着条的一个或多个位置处，在这些位置处，声振动大体上是最小的。

在一些实施方式中，压电条的高长宽比本质上增强了天线的Q。高Q使得天线能够被使用在具有很少或无RCL谐振元件的电路中，也即被使用在接收和/或发射电路中，其中，电路的操作或调谐的谐振频率由天线的谐振频率控制或主导。

潜在地，可以采用任意的压电材料。适当材料的示例包括但不局限于石英、氮化铝、氧化锌、金刚石和其他材料。

在一些实施方式中，由于压电材料是相对不导电的，所以许多天线可以彼此邻近，例如位于电磁辐射的一个波长的距离之内，但并没有通过去调谐或一些其他不利方式来明显地互相影响。因此，为了增加总信号输出水平，可以以二维或三维阵列的方式布置多个天线。在一些实施方式中，多个阵列可以在不同的层中迭代有不同的、优选大体上正交定向的天线。另外地或可替换地，多个正交压电条天线可以被组合以用于接收/发射多个偏振。

在一些实施方式中，压电材料条的长度是在压电材料条中纵向行进并具有所发射和/或接收到的电磁波的频率的声波波长的整数倍。取决于材料，100MHz电磁（EM）波的波长可以是50μm量级，但是为了便于制造天线，天线的长度可以是n个半波长，其中n是至少5、10、20、30、40、50、100或更多。因此，天线的长度可以是毫米量级，以大大地便于制造，同时仍然远小于传统金属四分之一波偶极子，以及同时还保持天线的其他优势，这些优势包括例如极高的Q。

因此，在另一方面，本发明提供一种接收或发射电磁（EM）波的方法，该方法包括将电磁波耦合到压电材料条中以便该EM波在压电材料条中引起纵向声振动，以及其中压电材料条的长度大体上等于在EM波的频率处进行纵向声振动的半波长的整数倍。

在一些实施方式中，纵轴被选择以定义压电材料的大体上最大的固有偏振性的方向。在一些实施方式中，条的长度是至少0.01mm、0.1mm或1mm。在操作的谐振频率处，天线可以具有至少10³、优选至少10⁴的Q。