可重構電磁天線的製作方法

2023-04-24 20:29:31

專利名稱：可重構電磁天線的製作方法
技術領域：
本發明處於可重構(reconfigurable )電；茲天線領i或。
背景技術：
在受到多幹擾和信號衰減現象制約的射頻信號傳播環境中，無線和移動 應用的增殖(proliferation)需要在尤其對這些終端的複雜性、大小、重量、 自治性(autonomy)乃至成本具有最小影響的情況下的、終端的大量適應。
用於這些終端的可重構電磁天線的發展希望克服這些制約。
存在幾種類型的可重構天線。例如，存在可以在頻率上重構的天線、可 以在極化上重構的天線、乃至可以在輻射圖(radiationpattern)上重構的天線。
可以在頻率上重構的天線可以對其輻射頻率進行適應，並且掃描(sweep)
寬的頻譜。這種天線使得尤其可能在同一個終端上接收每個都滿足不同標準 的幾個信號。
可以在極化上重構的天線可以修改其極化狀態(水平、垂直、圓、乃至 橢圓)，以使得所接收或所傳送的信號功率最大化。
可以在輻射圖上重構的天線可以修改其輻射圖，以使其方向性適應於傳 播環境，例如以便限制幹擾現象。
在本領域的當前狀態中，具體地假定終端的大小制約，則無法通過天線 或其組成元件的機械或物理變形來獲得天線的重構。
當前，可以通過對組成天線的某些導電元件(輻射元件、電介質、接地 層(ground plane ))進行開關來獲得該天線的重構。
還可以通過使得連接到天線某些點的阻抗變化來獲得天線的重構。
這兩種重構模式存在缺點。
在其中開關天線的元件的情況下，獲得了將要使其演進的屬性(頻率、 極化、輻射圖)的不連續變化。
在其中使得連接到天線某些點的阻抗變化的情況下，雖然獲得了頻率或 輻射圖的連續變化，但是其受限於所使用的阻抗的變化範圍。此外，用於重構的裝置(開關和阻抗)存在影響天線有效性的固有損耗。
專利申請美國2004/0252069提出了一種具有可以變化特性的動態可重構 天線。
該天線的輻射元件包括在空腔(cavity)中包含的導電流體(fluid )。該 天線還包括使得可能選擇性地向該空腔添加或從其移除流體的流體控制系 統，這使得輻射元件的大小變化。
因此，存在對於一種不存在已知重構技術的上述缺點的、重構電磁天線 的技術的真實需求。

發明內容
因而，根據第一方面，本發明涉及一種可重構電磁天線，其包括由導 電的流體物質組成的輻射元件，該流體物質的體(volume)是可變的，並且 其還包括電極矩陣，在所述電極矩陣上該流體物質通過電潤溼 (electro-wetting)來移動。
本發明4吏得可能利用體可變化的輻射元件來生產天線。
這些變化使得可能引起天線屬性動態演進、並且獲得頻率上、極化上、 乃至輻射圖上的所期望的天線屬性。頻率上、極化上或輻射圖上的天線重構 是連續的和可逆的。
在電極矩陣的各電極之間施加電壓使得可能以連續的方式來驅動與電極 矩陣接觸的流體物質的移動和形變。
電潤溼現象還允許所有維度中的流體物質的形變。
根據一優選特性，該流體物質採用至少 一個液滴的形式。
由於該流體物質由液滴構成，所以易於使得構成天線的輻射元件的流體 物質的體和形式變化。
根據一優選特性，根據本發明的天線包括包含流體物質並且能夠釋放 或收回(recover)流體物質的一部分的貯存器。
由於貯存器的存在，所以非常易於引起存在於電極矩陣上的流體物質的 體變化，並結果引起天線的輻射元件的體、大小和形式變化。
根據一優選特性，沿著電極的溝道，通過電潤溼來從貯存器向電極矩陣 或反向地移動流體物質的 一部分。
通過流體物質的電潤溼而進行的該移動是連續的和可逆的，因而導致構成天線的輻射元件的流體物質的連續的和可逆的形變。頻率上、極化上或輻 射圖上的天線重構是連續的和可逆的。
根據一優選特性，根據本發明的天線還包括使電極矩陣的電極和流體 物質電絕緣的電介質。
電介質的存在使得可能使電極矩陣的電極和流體物質電絕緣，並因而在 電極和流體物質之間創建了電勢差。
根據一優選特性，該天線包括與該流體物質接觸的射頻埠。 與構成天線的輻射元件的該流體物質接觸的射頻埠使得可能致使天線 的輻射元件有源。
根據一優選特性，該射頻埠是差分埠。
差分射頻埠的使用使得可能生產偶極或迴路類型的天線結構。
根據一優選特性，根據本發明的天線包括接地層。
該接地層使得可能生產需要該類型元件的天線結構，例如，微帶(patch) 天線乃至PIFA (代表了平面倒F天線)類型天線。
根據一優選特性，根據本發明的天線還包括將該接地層連結到該流體 物質的至少 一個短路元件。
該短路元件使得可能增加天線配置的可能數目。
根據一優選特性，根據本發明的天線包括封入天線的不同組成元件的 封殼(capsule )。
封殼的存在便於將天線集成到任何類型的裝置中。 本發明還涉及一種合併如前所述的天線的終端。
本發明還涉及一種用於製造可重構電,茲天線的方法，該可重構電石茲天線 包括由導電的流體物質組成的輻射元件，該流體物質的體是可變的。該方法 包括用於插入電極矩陣的步驟，在所述電極矩陣上通過電潤溼來移動該流體物質。


通過閱讀參考附圖描述的、根據本發明的天線的所有優選實施例，本發 明的其他特徵和益處將變得明顯，其中
圖1表現了根據本發明第一實施例的天線的透視圖，
圖2表現了沿著根據圖1的實施例的天線的縱軸的剖視圖，圖3表現了沿著根據圖1的本發明實施例的天線的變形(variant)的縱 軸的剖視圖，
圖4表現了根據本發明第二實施例的天線的透視圖，
圖5是圖4的實施例的示意表現的俯視圖，
圖6表現了根據本發明的天線的變形的透視圖，
圖7表現了基於圖6的圖示的天線的變形，
圖8表現了封裝後的圖6所圖示的天線的剖面圖。
具體實施例方式
圖1表現了根據本發明第一實施例的天線的透視圖。 根據本發明的可重構電磁天線包括導電的流體物質F。 流體物質F釆用 一個或多個液滴的形式。
該天線還包括使得可能傳送和接收射頻信號的射頻埠 RF。 RF埠是 與流體物質的至少 一個液滴接觸的導電元件。
與射頻埠 RF接觸的流體物質F的部分對應於天線的有源輻射元件。 與射頻埠接觸的流體物質F的該部分由流體物質F的至少一個液滴組成。 當由許多液滴構成輻射元件時，不需要所有的液滴與射頻埠 RF接觸。使 一個液滴與射頻埠 RF接觸並且使其他液滴彼此4妻觸並與同射頻埠 RF接 觸的液滴接觸就足夠了。
可以使流體物質F的一個或多個液滴絕緣，並且所述流體物質F的一個 或多個液滴對應於天線的無源元件。
為了說明本發明，以下在說明書中，以許多液滴的形式來提出與天線的 輻射元件對應的流體物質F。不應認為該說明是對本發明進行限定。
來使流體物質F導電。這些粒子或碎片可以是碳納米管或其他導電細絲。 該天線還包括包含電極E的電極矩陣M。
通過使電極E和液滴電絕緣的第 一襯底或電介質D,來覆蓋電極矩陣M。 電介質D,可以包括一層或多層不同材料。與電極接觸的層由呈現了例如
PTFE的低表面張力的疏水(hydrophobic )材料構成。
RF埠是穿過電^i矩陣M、電介質D,以與流體物質F的至少一個液滴
接觸的導電元件。圖2表現了沿著根據本發明第一實施例的天線的縱軸的剖視圖。 該圖示出了流體物質F的三個液滴。通過電介質D,來分離流體物質F 與電極矩陣M。 RF埠穿過電極矩陣M、電介質D"並且與流體物質F的
液滴接觸。
圖3表現了沿著根據本發明第 一 實施例的天線的變形的縱軸的剖視圖。 在該變形中，射頻埠是差分埠。差分射頻埠由穿過電極矩陣M、
電介質D,並且各自與流體物質F的至少一個液滴接觸的兩個導電元件RF,
和RF2組成。
然後，向天線差分地傳送射頻信號。該變形使得可能生產例如偶極或回 路類型的天線。
根據上文中描述的本發明第一實施例構成的天線如下運行。
通過"電潤溼"，即通過在電極E之間施加電勢差(圖1中未表現的裝
置)，來在電極矩陣M上移動流體物質F的液滴。也可以在液滴和電極E之
間創建電勢差。
取決於所做出的移動，流體物質F的可變體可與射頻埠 RP接觸。使 導電流體物質F的一部分或全部與RF埠接觸使得天線可能接收射頻信號。
與射頻埠 RF接觸的、由至少一個液滴形成的流體物質F的部分對應 於天線的輻射有源元件。
因而，有利地，利用可以在體上和形式上變化的輻射有源元件來生產天線。
與電介質D,接觸的導電流體物質F的體的表面可以變化。與電介質D, 接觸的該表面的形式也可以變化。導電流體物質F的體的表面的每個點與電 介質Di之間的接觸角也可以變化。
這些變化使得可能引起天線屬性動態演進、並且獲得頻率上、極化上、 乃至輻射圖上的所期望的天線屬性。頻率上、極化上或輻射圖上的天線重構 是連續的和可逆的。
因而，在適當地修改用於形成輻射有源元件的液滴數目的情況下，通過 流體物質F的液滴的重組來獲得天線屬性的演進。
流體物質F的沒有與埠 RF接觸的部分充當無源元件，並且使得可能 修改天線屬性(具體地，頻率上和輻射圖上的天線屬性)。
圖4表現了根據本發明第二實施例的天線的透視圖。在該第二實施例中，天線包括包含了流體物質F'的貯存器R。 貯存器R能夠釋放意圖在於由電極E'組成的電極矩陣M'的一部分(特
別地，採用液滴形式的)流體物質F'。通過電介質D、來分離流體物質F'與
電才及矩陣M'。
貝i存器R還可以收回源自電極矩陣M'的流體物質F'的(具體地，採用液 滴形式的) 一部分。
沿著電極的溝道C,通過電潤溼來從貯存器R向電極矩陣M'或者相反地 從電極矩陣M'向l&存器R移動流體物質F'的液滴。電極的溝道C將貯存器R 連結到電極矩陣M'。
埠 R'F'穿過電極矩陣M'、電介質D、，並且與流體物質F'的至少一個 液滴4妄觸。
貯存器R使得可能根據需要(且更具體地，根據天線屬性的所期望的改 變)來釋》丈或收回流體物質F的液滴。
由於貯存器的存在，所以非常容易來引起存在於電極矩陣M'上的導電流 體物質F'的體變化，並因此引起天線的輻射有源元件的體和形式變化。
由於可能收回不用於形成天線的輻射有源元件的液滴，所以天線的輻射 有源元件可能不包括任何無源元件。
圖5是根據以上所描述的第二實施例的本發明的示意表現的俯視圖。
觀察通過電極的溝道C而連結到電極矩陣M'的貯存器R,電極矩陣M' 和電極的溝道C包括一組電極E'。射頻埠 RT'出現在電極矩陣M'的表面。
圖6表現了根據本發明的天線的變形的透視圖。
圖示該變形用于于本發明第二實施例，而且該變形還應用於本發明的第 一實施例。
根據該變形，天線還包括接地層P。 接地層P是位於電極矩陣M'下面的導電層。
通過第二襯底或電介質D'2來將電極矩陣M'與接地層P電絕緣。通過電 介質D',來分開流體物質F'與電極矩陣M'。
埠 R'F'在與流體物質F'的液滴接觸之前，穿過接地層P、電介質D'2、 電才及矩陣M'、電介質D、。
圖6還示出了根據用於圖示本發明該變形的所選方法的貯存器R和電極 的溝道C。接地層使得可能例如獲得微帶天線或PIFA (代表了平面倒F天線)類型 天線。
圖7表現了基於先前所描述的變形的根據本發明的天線的另 一變形。 根據該另 一變形，天線包括短路元件CC。
這些短路元件CC是導電元件，其連接到接地層P並且穿過電介質D'，
和D'2，以侵j妻觸流體物質F'。
在優選實施例中，短路元件CC不與電極矩陣M'的電極E'接觸。
圖7還示出了根據用於圖示本發明該變形的所選方法的貯存器R和電極
的溝道C。
在其中導電流體物質F'與埠 R'F'和短路元件CC之一兩者接觸時，可 能獲得例如其屬性不同於微帶類型天線的PIFA類型天線。
短路元件CC的數目和定位可以是可變的。根據變形，這些短路元件CC 的至少一個連結到電偶極(阻抗、開關、可變電壓電容器等)，使得可能修改 天線屬性。
圖8表現了根據在前的封裝後的變形之一的天線的剖面圖。 該變形圖示用於本發明的第一實施例，而且該變形還應用於本發明的第 二實施例。
為了能夠將根據本發明的天線合併到裝置中，將其封入到封殼S中。 將天線的不同組成元件(例如，接地層P、射頻埠RF、電極矩陣M、 電介質D,和D2以及流體物質F)封入到由剛性或半剛性材料組成的封殼P 中。封殼P的層面L之一平行於電極矩陣M的表面，並且與流體物質F的液
滴4妄觸。
沒有被流體物質F佔用的空間G可以由空氣、氣體、乃至另一不導電流 體物質構成。
本發明還涉及無線電通信終端或能夠接收根據本發明的天線的任何通信 對象。
本發明還涉及一種用於製造可重構電磁天線的方法，該可重構電磁天線 包括由導電的流體物質(F、 F)組成的輻射元件，該流體物質(F、 F)的體 是可變的。該方法包括用於插入電極矩陣(M、 M')的步驟，在所述電極矩 陣(M、 M')上通過電潤溼來移動該流體物質(F、 F')。
權利要求
1.一種可重構電磁天線，包括由導電的流體物質(F、F′)組成的輻射元件，該流體物質(F、F′)的體是可變的，其特徵在於，其還包括電極矩陣(M、M′)，在所述電極矩陣(M、M′)上通過電潤溼來移動該流體物質(F、F′)。
2. 根據權利要求1的天線，其特徵在於，所述流體物質(F、 F')採用 至少一個液滴的形式。
3. 根據權利要求1或2的天線，其特徵在於，其包括貯存器(R)，該 貯存器(R)包含流體物質(F)並且能夠釋放或收回流體物質(F')的一部 分。
4. 根據權利要求1至3中任一項的天線，其特徵在於，沿著電極的溝道 (C)，通過電潤溼來從貯存器(R)向電極矩陣(M')或反向地移動流體物質(F')的一部分。
5. 根據權利要求1至4中任一項的天線，其特徵在於，它還包括使電 極矩陣(M、 M')的電極(E、 E')和流體物質(F、 F)電絕緣的電介質(Dp D、)。
6. 根據權利要求1至5中任一項的天線，其特徵在於，它包括與所述 流體物質(F、 F')接觸的射頻埠 (RF、 R'F')。
7. 根據權利要求6中的天線，其特徵在於，所述射頻埠 (RF、 R'F') 是差分埠。
8. 根據權利要求1至7中任一項的天線，其特徵在於，它還包括接地 層(P)。
9. 根據權利要求8的天線，其特徵在於，它還包括將接地層(P)連結 到流體物質(F、 F')的至少一個短路元件(CC)。
10. 根據權利要求1至9中任一項的天線，其特徵在於，它還包括封入 天線的不同組成元件的封殼(S)。
11. 一種無線電通信終端，包括根據權利要求1至10中任一項的天線。
12. —種用於製造可重構電^ 茲天線的方法，所述可重構電^f茲天線包括由 導電的流體物質(F、 F')組成的輻射元件，所述流體物質(F、 F')的體是可 變的，其特徵在於，所述方法包括用於插入電極矩陣(M、 M')的步驟，在 所述電極矩陣(M、 M')上通過電潤溼來移動所述流體物質(F、 F')。
全文摘要
本發明涉及一種可重構電磁天線，其包括由導電的流體物質組成的輻射元件，該流體物質的體是可變的，並且其還包括電極矩陣，在所述電極矩陣上通過電潤溼來移動該流體物質。頻率、極化乃至輻射圖上的天線屬性動態演進。頻率上、極化上或輻射圖上的天線重構是連續的和可逆的。
文檔編號H01Q1/00GK101615714SQ20091015182
公開日2009年12月30日 申請日期2009年6月29日 優先權日2008年6月27日
發明者伊曼紐爾·德雷納, 米歇爾·龐斯, 馬克·貝倫古爾 申請人:法國電信公司