專利名稱：通過電潤(rùn)濕法能夠重新配置的電磁天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁天線領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及通過電潤(rùn)濕法能夠重新配置 的天線。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，電磁天線由輻射元件、電介質(zhì)、和接地平面構(gòu)成。輻射元件和接地平面最 常見為金屬。它們具有非常不同的形狀和維度。在諸如SDR(軟件限定的無線電)或SR(軟件無線電)的軟件無線電類型的無線 電系統(tǒng)中，終端和/或通信對(duì)象在尺寸和重量上受限，并且具有差能量自主性。一方面，這 些終端和/或通信對(duì)象要求小型化的天線，另一方面，要求能夠滿足與無線電系統(tǒng)相關(guān)聯(lián) 的一組限制條件。例如，這些天線必須能夠同時(shí)覆蓋寬頻帶中的所有頻率，或者，至少這些 天線必須在頻率方面非常靈活以便能夠掃描寬頻譜的頻率。為了滿足這組限制條件，已經(jīng)設(shè)計(jì)出了稱為“能夠重新配置”的天線。
當(dāng)前可獲得至少三種類型能夠重新配置的天線，如下文所示。-頻率方面能夠重新配置的天線該天線于是被稱為頻率靈活。該天線由此能夠掃描寬頻譜的頻率。這樣的天線用 于能夠與諸如GSM標(biāo)準(zhǔn)(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))和UMTS標(biāo)準(zhǔn)(通用移動(dòng)電信系統(tǒng))的幾種 通信標(biāo)準(zhǔn)相兼容的移動(dòng)終端中，其中GSM標(biāo)準(zhǔn)涉及大約900MHz的頻帶，UMTS標(biāo)準(zhǔn)涉及大約 1800MHz的頻帶。_在極化方面能夠重新配置的天線該天線于是被稱為極化靈活。對(duì)于線極化，此極化可以是水平或垂直的，對(duì)于圓極 化，這可以是左或右。這樣的天線提供更好的信噪比，并且在諸如建筑物內(nèi)部的電磁波傳播 遇到大量障礙的場(chǎng)所特別有優(yōu)勢(shì)。-在輻射方向圖方面能夠重新配置的天線該天線于是能夠修改其輻射方向圖，以便例如適用于傳播環(huán)境的改變。在當(dāng)前的現(xiàn)有技術(shù)中，鑒于維度限制，天線的重新配置不通過天線或構(gòu)成天線的 元件的機(jī)械或幾何變形來實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，天線的重新配置當(dāng)前通過切換構(gòu)成其的輻射元件、電介質(zhì)、和接地平面內(nèi) 部的特定元件，或者通過改變天線上連接至特定點(diǎn)的阻抗來實(shí)現(xiàn)。這兩種模式的重新配置存在一定的缺陷。在切換天線的元件的情況下，獲得希望重新配置的特征(頻率、輻射的方向性)的 不連續(xù)改變。在天線上連接至特定點(diǎn)的阻抗改變的情況下，獲得頻率方面的連續(xù)變化，但是受 到使用的阻抗的改變范圍的限制。出于同樣的原因，輻射方向圖的連續(xù)改變受限。這兩種類型的重新配置(通過切換元件及通過阻抗改變)的組合允許在更寬范圍 上獲得所考慮的物理特征的改變，但是具有增大的復(fù)雜性，增大的復(fù)雜性趨向于與所考慮的終端和/或通信對(duì)象的設(shè)計(jì)限制條件(維度、重量、能量自主性)不兼容。而且，使能重新配置的元件(開關(guān)及阻抗)表現(xiàn)出影響天線效率的固有損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此真正需要不表現(xiàn)已知重新配置技術(shù)的上述缺陷的重新配置電磁天線的技術(shù)。由此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種電磁天線，其值得注意之處在于該電磁天線 包括輻射元件，該輻射元件包括置于第一元件上的導(dǎo)電的第一流體物質(zhì)及置于第二元件上 的第二流體物質(zhì)，所述第一流體物質(zhì)與所述第二流體物質(zhì)接觸，所述流體物質(zhì)不能混溶，并 且所述第一和第二元件導(dǎo)電且彼此電隔離。根據(jù)本發(fā)明的該天線具有如下優(yōu)點(diǎn)，其包括由性質(zhì)上能夠變形的流體物質(zhì)組成而 不是由金屬制成的輻射元件。根據(jù)優(yōu)選的特征，該第一流體物質(zhì)是這樣的物質(zhì)，通過將導(dǎo)電元件的粒子或碎片 導(dǎo)入此物質(zhì)中或通過將導(dǎo)電物質(zhì)導(dǎo)入此物質(zhì)中而使得該物質(zhì)導(dǎo)電。向流體物質(zhì)中導(dǎo)入導(dǎo)電元件的碎片賦予輻射元件(流體物質(zhì)和碎片)特定的電磁 特性。由此，諧振頻率不再必須由維度固定，而是流體物質(zhì)的體積能夠均衡地取決于其展開 長(zhǎng)度可能非常顯著的碎片的潛在的折疊效應(yīng)。這由此允許天線在比簡(jiǎn)單流體物質(zhì)的情況低 得多的頻帶中操作。根據(jù)優(yōu)選的特征，第二元件由彼此電隔離的子元件的組合件構(gòu)成。第二元件分解為子元件促進(jìn)并允許組合件的變形的改進(jìn)控制?？赡塬@得非對(duì)稱變 形。根據(jù)優(yōu)選的特征，第一和第二元件與第一和第二流體物質(zhì)的相應(yīng)接觸表面為平 面、或凹面、或凸面。元件與流體物質(zhì)接觸的表面采用的形狀(特別是當(dāng)流體物質(zhì)的接觸表面為凹面 時(shí))允許補(bǔ)償由于流體物質(zhì)的重量造成的影響(重力影響)、增大天線尺寸并從而使得其能 夠在更低頻帶中使用。根據(jù)優(yōu)選的特征，第一和第二元件與第一和第二流體物質(zhì)的相應(yīng)接觸表面中的至 少一個(gè)涂覆有絕緣材料層。由此，絕緣材料層的導(dǎo)入允許流體物質(zhì)被隔離，并允許避免流體物質(zhì)和元件與流 體物質(zhì)的接觸表面之間的化學(xué)反應(yīng)。還獲得選擇形成第一和第二元件的材料的更大靈活性。根據(jù)優(yōu)選的特征，第一流體物質(zhì)的輪廓和體積通過在第一和第二元件之間施加電 勢(shì)差而以可逆的方式變形。第一流體物質(zhì)的輪廓和體積的變形可以是慢速且逐步的。從形成天線的物質(zhì)的靈 活性的角度考慮，此變形是可逆的。由于變形是連續(xù)的，因此天線的重新配置也是連續(xù)、逐 步、且可逆的。這些特征很大程度地增強(qiáng)了天線的適用性。根據(jù)優(yōu)選的特征，第一流體物質(zhì)的輪廓和體積通過在第二元件的每一子元件和第 一元件之間施加多個(gè)電勢(shì)差而變形。由于第二元件能夠分解為子元件，因此第一流體物質(zhì)的輪廓和體積的變形可以是 非對(duì)稱的。天線的重新配置(特別是在極化和輻射方向圖方面)得到了很大改進(jìn)。
根據(jù)優(yōu)選的特征，根據(jù)本發(fā)明的天線包括封住第一元件、第二元件、第一流體物 質(zhì)、和第二流體物質(zhì)的保護(hù)蓋。本發(fā)明還涉及重新配置例如先前所述的天線的方法，所述方法包括通過在第一和 第二元件之間至少施加一個(gè)電勢(shì)差來使第一流體物質(zhì)的輪廓和體積變形的操作。根據(jù)本發(fā)明的天線的重新配置方法具有連續(xù)、逐步、可逆的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明還涉及包括例如如上所述的天線的無線電通信終端。


當(dāng)閱讀參照附圖描述的優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，其 中-圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的天線的縱向截面圖，-圖2示出圖1所示的天線的變體實(shí)施例，-圖3示出圖1所示天線的具體實(shí)施例的穿過平面P的橫向截面圖，-圖4示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的天線的縱向截面圖，-圖5示出例如圖3所示的天線的變體實(shí)施例的穿過平面P的橫向截面圖，-圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法向根據(jù)本發(fā)明的天線的應(yīng)用，-圖7a和7b圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的應(yīng)用的其它例子，-圖8a圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的應(yīng)用的另一例子，-圖8b圖示根據(jù)穿過平面P的橫向截面圖的、根據(jù)圖8a中的本發(fā)明的重新配置方 法的應(yīng)用例子，-圖9a和9b圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的應(yīng)用的其它例子，-圖10示出根據(jù)本發(fā)明的裝備有保護(hù)蓋的天線。
具體實(shí)施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的天線的縱向截面圖。圖1所示的天線包括用于發(fā)射和接收信號(hào)的RF(射頻)端口。RF端口連接至第一導(dǎo)電元件Sp在同一平面P中，元件Si由將其與第二導(dǎo)電元件S2分離的絕緣元件S3包圍，元件 &包圍元件S3。第一高導(dǎo)電流體物質(zhì)&置于元件Si上。如圖1所示，流體物質(zhì)&還與元件S3的 一部分接觸。流體物質(zhì)&具有與油的表面張力相當(dāng)?shù)谋砻鎻埩?。作為示例，流體物質(zhì)&可以是 液體、聚合物類型的固體-液體過渡階段中的主體(body)或者是軟且流動(dòng)的材料。流體物質(zhì)&的體積小，并且作為示例，可以是液滴的體積。第二流體物質(zhì)F2置于元件S2上。如圖1所示，流體物質(zhì)F2還與元件S3的一部分 相接觸。流體物質(zhì)F2具有與水的表面張力相當(dāng)?shù)谋砻鎻埩ΑＷ鳛槭纠?，流體物質(zhì)F2可以是 水或具有與水的性質(zhì)相當(dāng)?shù)男再|(zhì)的液體。流體物質(zhì)&和F2是不能混溶的。
流體物質(zhì)&和&經(jīng)由接觸表面S。相接觸。在圖1所示的本發(fā)明的具體實(shí)施例中， 流體物質(zhì)F2覆蓋流體物質(zhì)Fi。根據(jù)圖2所示的變體實(shí)施例，通過將導(dǎo)電元件的粒子或碎片導(dǎo)入該流體物質(zhì)&中 而使得該物質(zhì)導(dǎo)電。這些粒子或碎片可以是碳納米管或其它導(dǎo)電絲。這些粒子或碎片能夠 懸浮于流體物質(zhì)&中，或者借助柔韌且導(dǎo)電的連接部件附接至元件Sp根據(jù)未示出的另一變體實(shí)施例，通過導(dǎo)入與該流體物質(zhì)&混合的導(dǎo)電流體物質(zhì)而 使得該流體物質(zhì)&導(dǎo)電。圖3示出天線的具體實(shí)施例的穿過平面P的橫向截面圖，在該天線中，元件Si是 盤型，元件s2和元件S3是與盤Si中心相同的環(huán)形。圖4示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的天線的縱向截面圖，其中，元件Si、元件S2和元 件s3是同心環(huán)。在此情況下，RF端口與流體物質(zhì)Fi直接接觸。然而，也可以設(shè)想其它形狀用于元件Si、元件S2和元件S3。圖5示出天線的變體實(shí)施例的穿過平面P的橫向截面圖，在該天線中，元件S2由n 個(gè)子元件SEi的組合件構(gòu)成，其中i從1變化至n。子元件SEi彼此電隔離。由元件Si、元件S2和元件S3的表面與流體物質(zhì)&和F2接觸所形成的表面能夠是 諸如圖1、2、4所示的平面。其也可以是凹面(例如，以便形成一種碗)或凸面。當(dāng)元件Si、元件S2和元件S3的表面與流體物質(zhì)&和F2接觸所形成的表面是凸面 時(shí)，曲率半徑必須小于某一閾值。如果超出此閾值，則作用于流體物質(zhì)的重力影響可能造成 這些流體物質(zhì)的外側(cè)“封套”破裂。流體物質(zhì)在與由元件Si、元件s2和元件s3的表面形成 的凸表面接觸時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐旱?。?dāng)元件Si、元件S2和元件S3的表面與流體物質(zhì)&和F2接觸所形成的表面是凹面 時(shí)，流體物質(zhì)的體積和維度增大，特別是接觸表面S。的維度。另外，補(bǔ)償了重力的影響，由 此限制了流體物質(zhì)的重量對(duì)其行為的影響。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例中，與流體物質(zhì)&和F2接觸的元件Si、元件S2和元件 s3的表面中的至少一個(gè)涂覆有絕緣材料的薄層。此薄層允許流體物質(zhì)&和F2隔離，并由此避免流體物質(zhì)&和F2和元件Si、元件S2 和元件S3的表面之間的化學(xué)反應(yīng)。此方案還允許特別在形成元件Si和元件S2的材料的選擇中具有更大的靈活性。本發(fā)明還涉及重新配置根據(jù)本發(fā)明的天線的方法。圖6圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法向根據(jù)本發(fā)明的天線的應(yīng)用。在圖6中，電壓源T連接至諸如先前描述的天線的元件S2。通過向元件S2施加DC電壓(換句話說，元件Si和元件S2之間的穩(wěn)定電勢(shì)差)，流 體物質(zhì)f2和接觸表面S。之間的能量被調(diào)整。流體物質(zhì)F2占有的體積于是變形，并且此流 體物質(zhì)f2的輪廓移位。流體物質(zhì)F2的輪廓的移位導(dǎo)致與其接觸的流體物質(zhì)Fi的輪廓的移位。流體物質(zhì) 占有的體積于是進(jìn)而變形。從電磁輻射的角度看，此移位和此變形導(dǎo)致流體物質(zhì)&的特
征的調(diào)整。圖6中的箭頭表示流體物質(zhì)&和F2的輪廓移位和變形的方向。由此獲得通過導(dǎo)電流體物質(zhì)的輪廓及體積的變形能夠重新配置的天線。
此重新配置在頻率方面及輻射方向圖方面是可能的?？偟恼f來，與施加有電壓的表面接觸的流體物質(zhì)的變形以及輪廓移位的現(xiàn)象對(duì)應(yīng) 于稱為“電潤(rùn)濕法”的現(xiàn)象。圖7a圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的應(yīng)用的例子。兩種流體物質(zhì)&和F2的輪 廓和體積的(箭頭表示的)變形通過施加電壓1\來獲得。在此例子中，所產(chǎn)生的變形導(dǎo)致 大輻射長(zhǎng)度的變形，并從而導(dǎo)致相對(duì)低頻的操作。圖7b圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的應(yīng)用的另一例子。兩種流體物質(zhì)&和F2 的輪廓和體積的(箭頭表示的)變形通過施加與電壓不同的電壓T2獲得。在此新例子 中，所產(chǎn)生的變形導(dǎo)致比先前例子中更短輻射長(zhǎng)度的變形，并從而導(dǎo)致更高頻的操作。這兩個(gè)例子圖示了在根據(jù)本發(fā)明的天線的頻率方面重新配置的能力。當(dāng)元件S2由n個(gè)子元件SEi的組合件構(gòu)成、其中i從1變化至n (圖5所示的實(shí)施 例)時(shí)，則可能在元件s2的每一子元件和元件Si之間施加不同的電勢(shì)差。由此能夠獲得流 體物質(zhì)Fi的體積的非均勻或非對(duì)稱的變形。此類型的變形使得除在頻率和輻射方向圖方 面仍然可能重新配置之外，還能夠獲得天線在極化方面的重新配置。圖8a圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的應(yīng)用的另一例子。在此例子中，兩種流體 物質(zhì)&和F2的輪廓和體積的非對(duì)稱變形通過分別施加元件S2的兩個(gè)子元件SEi和SEj的 不同電壓1\和L來獲得。圖8b圖示根據(jù)穿過平面P的橫向截面圖的、根據(jù)諸如圖8a所示的本發(fā)明的重新 配置方法的應(yīng)用的在先例子。圖9a和9b圖示根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的應(yīng)用的其它例子。圖9a和9b分別圖示了與圖7a和7b所示相類似的根據(jù)本發(fā)明的重新配置方法的 應(yīng)用的例子，但是元件Si、元件S2和元件S3的表面與流體物質(zhì)Fi和F2接觸所形成的表面是 凹面。當(dāng)元件Si、元件S2和元件S3的表面與流體物質(zhì)&和F2接觸所形成的表面是凹面 (例如，以便形成一種碗)時(shí)，此表面的一部分(形成該碗的邊緣并且特別對(duì)應(yīng)于元件&的 表面)允許機(jī)械地控制流體物質(zhì)f2的體積的變形并且補(bǔ)償重力影響，由此增強(qiáng)所獲得的天 線的質(zhì)量。元件Si和元件S2(或元件S2的子元件)之間的電勢(shì)差(或多個(gè)電勢(shì)差)能夠以 連續(xù)的方式變化的可能性使得可能獲得流體物質(zhì)h的輪廓和體積的可逆變形及天線的特 征(頻率、極化、輻射的方向性)的連續(xù)改變。圖10示出根據(jù)本發(fā)明的裝備有保護(hù)蓋的天線。保護(hù)蓋為諸如元件Si、元件S2和元件S3和流體物質(zhì)&和F2的構(gòu)成天線的各種元 件提供了封套。保護(hù)蓋由固體壁形成。這些壁對(duì)于天線的電磁波輻射來說是可穿透的，并且具有最小損耗。在一個(gè)具體實(shí)施例中，諸如圖10中所示，所述壁由表面Sp &和S3及封裝全部設(shè) 備的表面SF構(gòu)成。在一個(gè)具體實(shí)施例中，保護(hù)蓋還能夠封裝與流體物質(zhì)&和F2不能混溶的第三流體 物質(zhì)f3。第三流體物質(zhì)F3允許填充保護(hù)蓋的壁和其所封裝的元件之間的空閑空間。
7
本發(fā)明還涉及能夠容納(accept)根據(jù)本發(fā)明的天線的無線電通信終端或任何通 信對(duì)象。
權(quán)利要求
一種電磁天線，其特征在于其包括輻射元件，該輻射元件包括置于第一元件(S1)上的導(dǎo)電的第一流體物質(zhì)(F1)及置于第二元件(S2)上的第二流體物質(zhì)(F2)，所述第一流體物質(zhì)(F1)與所述第二流體物質(zhì)(F2)相接觸，所述流體物質(zhì)不能混溶并且所述第一和第二元件導(dǎo)電且彼此電隔離。
2.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第一流體物質(zhì)(F1)是這樣的物質(zhì)，通過 將導(dǎo)電元件的粒子或碎片導(dǎo)入此物質(zhì)中或通過將導(dǎo)電物質(zhì)導(dǎo)入此物質(zhì)中而使得該物質(zhì)導(dǎo) H1^ ο
3.如權(quán)利要求1所述的天線，其特征在于，所述第二元件(S2)由彼此電隔離的子元件 的組合件構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，第一(S1)和第二(S2)元件 與第一(F1)和第二(F2)流體物質(zhì)的相應(yīng)接觸表面為平面、或凹面、或凸面。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，第一(S1)和第二(S2)元件 與第一(F1)和第二(F2)流體物質(zhì)的相應(yīng)接觸表面中的至少一個(gè)涂覆有絕緣材料層。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述第一流體物質(zhì)(F1)的 輪廓和體積通過在第一(S1)和第二元件(S2)之間施加電勢(shì)差而以可逆的方式變形。
7.如權(quán)利要求3至6中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，所述第一流體物質(zhì)(F1)的 輪廓和體積通過在第二元件(S2)的每一子元件和第一元件(S1)之間施加多個(gè)電勢(shì)差而變 形。
8.如權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的天線，其特征在于，該天線包括封裝第一(S1) 元件、第二(S2)元件、第一流體物質(zhì)(F1)、和第二流體物質(zhì)(F2)的保護(hù)蓋。
9.一種重新配置如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的天線的方法，所述方法包括通過 在第一(S1)和第二元件(S2)之間施加至少一個(gè)電勢(shì)差、而使得第一流體物質(zhì)(F1)的輪廓 和體積變形的操作。
10.一種包括如權(quán)利要求1至8中任意一項(xiàng)所述的天線的無線電通信終端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁天線，該天線包括輻射元件，該輻射元件包括置于第一元件(S1)上的導(dǎo)電的第一流體物質(zhì)(F1)及置于第二元件(S2)上的第二流體物質(zhì)(F2)，所述第一流體物質(zhì)(F1)與所述第二流體物質(zhì)(F2)接觸，其中所述第一和第二流體物質(zhì)不能混溶，并且所述第一和第二元件導(dǎo)電且彼此電絕緣。
文檔編號(hào)H01Q9/40GK101855583SQ200880115465
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者伊曼紐爾·德萊納, 米歇爾·龐斯, 馬克·貝倫格 申請(qǐng)人:法國(guó)電信公司