專利名稱：基于超材料天線的路由器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)線路由器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超材料天線的路由器。
背景技術(shù)：
無(wú)線路由器(Wireless Router)是帶有無(wú)線覆蓋功能的路由器，好比將單純性無(wú)線AP和寬帶路由器合二為一的擴(kuò)展型產(chǎn)品，它不僅具備單純性無(wú)線AP所有功能如支持 DHCP客戶端、支持VPN、防火墻、支持TOP加密等等，而且還包括了網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)功能，可支持局域網(wǎng)用戶的網(wǎng)絡(luò)連接共享。可實(shí)現(xiàn)家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的hternet連接共享，實(shí)現(xiàn)ADSL和小區(qū)寬帶的無(wú)線共享接入。為了發(fā)射和接收傳輸?shù)男盘?hào)，天線是無(wú)線路由器必備的器件之一?，F(xiàn)有的天線一般有內(nèi)置天線和外置天線兩種，對(duì)于外置天線來(lái)說(shuō)，它與電子產(chǎn)品主體之間的安裝固定通常采用兩種天線安裝方式一種是直接通過(guò)螺絲將天線與電子產(chǎn)品主體固定在一起，另一種是在電子產(chǎn)品主體上開(kāi)設(shè)有通孔，天線穿設(shè)該通孔外置，這兩種安裝方式都不是很好，穩(wěn)定性欠佳。此外，安裝有外置天線的無(wú)線路由器因體積過(guò)大而逐漸被淘汰。內(nèi)置天線因體積比外置天線小而逐漸取代外置天線，例如，專利申請(qǐng)?zhí)枮?200820179652.6的中國(guó)專利公開(kāi)了一種內(nèi)置的無(wú)線路由器天線，所述無(wú)線路由器天線包含一基板，所述基板設(shè)有至少一個(gè)以上的天線本體，所述天線本體延伸設(shè)有高度及厚度， 所述天線本體為陶瓷體，所述天線本體的表面層印設(shè)或涂設(shè)有輻射層；通過(guò)天線本體延伸設(shè)有較大高度，使得天線本體的輻射層與基板間可產(chǎn)生一距離，再通過(guò)天線本體延伸設(shè)有一定厚度。然而，上述現(xiàn)有的內(nèi)置天線體積仍然較大，不能滿足電子產(chǎn)品小型化的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于超材料天線的路由器，該路由器的天線對(duì)環(huán)境要求低，增益高，能夠在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場(chǎng)型，該路由器整體體積小，。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，提出一種基于超材料天線的路由器，其包括路由器主體和安裝在所述路由器主體上且與之進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)奶炀€，所述天線包括介質(zhì)基板、金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地，所述金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地均置于所述介質(zhì)基板上，所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對(duì)兩表面的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。進(jìn)一步地，所述第一參考地單元及第二參考地單元相互電連接。進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板設(shè)置有若干金屬化通孔，所述第一參考地單元與所述第二參考地單元通過(guò)所述金屬化通孔實(shí)現(xiàn)電連接。進(jìn)一步地，所述第一參考地單元設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元及第二金屬面單元，所述第一金屬面單元與所述饋線的一端位置相對(duì)，使所述饋線的一端形成所述微帶線；所述第二參考地單元設(shè)置有第三金屬面單元，所述第三金屬面單元與所述第二金屬面單元位置相對(duì)。進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板位于所述第二金屬面單元及所述第三金屬面單元處開(kāi)設(shè)有若干金屬化通孔，所述第二金屬面單元與所述第三金屬面單元通過(guò)所述金屬化通孔電連接。進(jìn)一步地，所述第三金屬面單元位于所述金屬結(jié)構(gòu)的一端，所述第三金屬面單元呈長(zhǎng)方面板狀，并與所述饋線的延伸方向相同。進(jìn)一步地，所述第二參考地單元還設(shè)置有第四金屬面單元，所述第四金屬面單元位于所述饋線一端的一側(cè)，并位于所述饋線的延伸方向上。進(jìn)一步地，所述介質(zhì)基板位于所述第一金屬面單元及所述第四金屬面單元處開(kāi)設(shè)有若干金屬化通孔，所述第一金屬面單元與所述第四金屬面單元通過(guò)所述金屬化通孔電連接。進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)中的任一種。進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)設(shè)置有框體及位于所述框體內(nèi)的兩螺旋線，所述兩螺旋線相互連接形成開(kāi)口螺旋環(huán)，所述開(kāi)口螺旋環(huán)與所述框體連接，所述螺旋線的自由端呈面板狀。綜上所述，本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器通過(guò)精密地控制天線金屬結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螒B(tài)及合理布局所述微帶線，便得到需要的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布，使天線能夠在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場(chǎng)型，增益高，此外，所述天線占用體積小，因而路由器的整體體積小，對(duì)環(huán)境要求低。

圖1是本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器的原理框圖；圖2是本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器的主視圖；圖3是本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器的后視圖；圖4是圖1所示本實(shí)用新型的S參數(shù)的仿真圖；圖fe為互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖恥所示為互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5c所示為開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5d所示為雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖k所示為互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6a為圖fe所示的互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其幾何形狀衍生示意圖；圖6b為圖fe所示的互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)其擴(kuò)展衍生示意圖；圖7a為三個(gè)圖如所示的互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7b為兩個(gè)圖fe所示的互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)與圖恥所示為互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)的復(fù)合示意圖；圖8為四個(gè)圖fe所示的互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器做進(jìn)一步的描述超材料天線基于人工電磁材料技術(shù)設(shè)計(jì)而成，人工電磁材料是指將金屬片鏤刻成特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)，并將所述特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)設(shè)置于一定介電常數(shù)和磁導(dǎo)率基材上而加工制造的等效特種電磁材料，其性能參數(shù)主要取決于其亞波長(zhǎng)的特定形狀的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)。在諧振頻段，人工電磁材料通常體現(xiàn)出高度的色散特性，換言之，天線的阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會(huì)發(fā)生劇烈的變化。因而可采用人工電磁材料技術(shù)對(duì)上述天線的基本特性進(jìn)行改造，使得金屬結(jié)構(gòu)與其依附的介質(zhì)基板等效地組成了一個(gè)高度色散的特種電磁材料，從而實(shí)現(xiàn)輻射特性豐富的新型天線。請(qǐng)參閱圖1至圖3，本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器包括路由器主體1和安裝在所述路由器主體1上且與之進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)奶炀€2。所述路由器主體1包括電源模塊 11、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信接口 12、數(shù)據(jù)處理器模塊13、存儲(chǔ)器14及無(wú)線通信模塊15，所述電源模塊11用于給無(wú)線路由器提供電源；所述數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通信接口 12用于從數(shù)據(jù)終端輸入數(shù)據(jù)信號(hào)或傳送數(shù)據(jù)信號(hào)；所述數(shù)據(jù)處理器模塊13用于對(duì)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)打包和協(xié)議轉(zhuǎn)化，并進(jìn)行網(wǎng)路選擇使路由通向虛擬專用網(wǎng)VPN服務(wù)器；所述存儲(chǔ)器14用于存儲(chǔ)經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊處理的數(shù)據(jù)信號(hào)；所述無(wú)線通信模塊15用于將經(jīng)數(shù)據(jù)處理器模塊13處理的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給所述天線2發(fā)射出去。所述天線2用于發(fā)射和接收數(shù)據(jù)信號(hào)，其包括介質(zhì)基板21、金屬結(jié)構(gòu)22、饋線23及參考地，所述介質(zhì)基板21呈長(zhǎng)方板狀，其可由高分子聚合物、 陶瓷、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等材質(zhì)制成。在本實(shí)施例中，所述介質(zhì)基板21的材質(zhì)采用玻纖材質(zhì)(FR4)制成，因而不僅成本低，而且可保證在不同的工作頻率中保持良好的天線工作特性。所述金屬結(jié)構(gòu)22、饋線23及參考地均置于所述介質(zhì)基板21的表面上，所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述介質(zhì)基板21形成超材料，所述超材料的性能取決于所述金屬結(jié)構(gòu)22，在諧振頻段，超材料通常體現(xiàn)出高度的色散特性，即其阻抗、容感性、等效的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率隨著頻率會(huì)發(fā)生劇烈的變化，因而通過(guò)改變所述金屬結(jié)構(gòu)22及介質(zhì)基板21的基本特性，便使得所述金屬結(jié)構(gòu)22與介質(zhì)基板21等效地組成一個(gè)按照洛倫茲材料諧振模型的高度色散的特種電磁材料。請(qǐng)參閱圖1及圖4至圖8，所述金屬結(jié)構(gòu)22可為互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)中的任一種或類似的拓?fù)浣饘俳Y(jié)構(gòu)或金屬蝕刻圖案，所述金屬結(jié)構(gòu)22的形狀有無(wú)窮多種，并不局限于上述所舉的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，所述金屬結(jié)構(gòu)22設(shè)置有框體221及位于所述框體221內(nèi)的兩螺旋線222，所述兩螺旋線222相互連接形成開(kāi)口螺旋環(huán)，所述開(kāi)口螺旋環(huán)與所述框體221連接，所述螺旋線222的自由端呈面板狀，所述面板狀的端部可增加天線的受波面積。本實(shí)施例的工作頻段是2. 4GHZ 2. 49GHZ及5. 72GHZ 5. 85GHZ，上述該兩頻段的增益分別可達(dá)3. 58dBi及3. 14dBi，由圖3可知，本實(shí)用新型的發(fā)射系數(shù)較小。所述饋線23設(shè)置在所述金屬結(jié)構(gòu)22的一側(cè)，并沿著所述金屬結(jié)構(gòu)22的長(zhǎng)度方向延伸，其與所述金屬結(jié)構(gòu)22相互耦合，其中，所述饋線23的一端彎折延伸至所述金屬結(jié)構(gòu)22端部一側(cè)。此外，可根據(jù)需要在所述饋線23與金屬結(jié)構(gòu)22之間的空間中嵌入容性電子元件，通過(guò)嵌入容性電子元件調(diào)節(jié)饋線23與金屬結(jié)構(gòu)22之間的信號(hào)耦合，由公式 f=l/ (2tiD，可知電容值的大小和工作頻率的平方成反比，所以當(dāng)需要的工作頻率為較低工作頻率時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)那度肴菪噪娮釉?shí)現(xiàn)。加入的容性電子元件的電容值范圍通常在0-2pF之間，不過(guò)隨著天線工作頻率的變化嵌入的電容值也可能超出0-2pF的范圍。所述參考地位于所述饋線23的一側(cè)，使所述饋線23的位于所述金屬結(jié)構(gòu)22端部的一端形成微帶線231。在本實(shí)施例中，所述參考地包括第一參考地單元M及第二參考地單元25，所述第一參考地單元M及第二參考地單元25分別位于所述介質(zhì)基板21的相對(duì)兩表面。所述第一參考地單元M設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元241及第二金屬面單元對(duì)2。所述第二參考地單元25與所述饋線23位于所述介質(zhì)基板21的同一側(cè)，并設(shè)置有第三金屬面單元251及第四金屬面單元252。所述第一金屬面單元241與所述饋線23位置相對(duì)，使所述饋線23的位于所述金屬結(jié)構(gòu)22端部的一端形成所述微帶線231，即所述參考地為虛擬地。所述第二金屬面單元 242與所述第三金屬面單元251位置相對(duì)。所述第三金屬面單元251位于所述金屬結(jié)構(gòu)22 的一端，所述第三金屬面單元251呈長(zhǎng)方面板狀，并與所述饋線23的延伸方向相同。所述介質(zhì)基板21位于所述第二金屬面單元242及所述第三金屬面單元251處開(kāi)設(shè)有若干金屬化通孔沈，所述第二金屬面單元242與所述第三金屬面單元251通過(guò)所述金屬化通孔沈電連接。所述第四金屬面單元252位于所述饋線23 —端的一側(cè)，并位于所述饋線23的延伸方向上。所述介質(zhì)基板21位于所述第一金屬面單元241及所述第四金屬面單元252處開(kāi)設(shè)有若干金屬化通孔26，所述第一金屬面單元241與所述第四金屬面單元252通過(guò)所述金屬化通孔沈電連接。通過(guò)第一金屬面單元241與所述饋線23的一端形成所述微帶線231， 因而可減少外部信號(hào)對(duì)在所述饋線23上傳送的信號(hào)干擾，提高天線增益，實(shí)現(xiàn)較好的阻抗匹配，節(jié)省材料，成本低。所述第一金屬面單元241至第四金屬面單元252之間通過(guò)巧妙的位置設(shè)置，因而使所述參考地占用較小的空間，便實(shí)現(xiàn)較大的面積。此外，通過(guò)設(shè)置所述金屬化通孔26，因而可進(jìn)一步提高所述參考地的面積。綜上所述，本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器通過(guò)精密地控制天線金屬結(jié)構(gòu)22 的拓?fù)湫螒B(tài)及合理布局所述微帶線231，便得到需要的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布，使天線能夠在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場(chǎng)型， 增益高，此外，所述天線占用體積小，因而路由器的整體體積小，對(duì)環(huán)境要求低。上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，例如，所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述饋線23之間設(shè)置有連接件，使所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述饋線23相互電連接，即所述金屬結(jié)構(gòu)22與所述饋線23之間采用感性耦合方式等，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于超材料天線的路由器，包括路由器主體和安裝在所述路由器主體上且與之進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)奶炀€，其特征在于所述天線包括介質(zhì)基板、金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地，所述金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地均置于所述介質(zhì)基板上，所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對(duì)兩表面上的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述第一參考地單元及第二參考地單元相互電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述介質(zhì)基板設(shè)置有若干金屬化通孔，所述第一參考地單元與所述第二參考地單元通過(guò)所述金屬化通孔實(shí)現(xiàn)電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述第一參考地單元設(shè)置有相互電連接的第一金屬面單元及第二金屬面單元，所述第一金屬面單元與所述饋線的一端位置相對(duì)，使所述饋線的一端形成所述微帶線；所述第二參考地單元設(shè)置有第三金屬面單元，所述第三金屬面單元與所述第二金屬面單元位置相對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述介質(zhì)基板位于所述第二金屬面單元及所述第三金屬面單元處開(kāi)設(shè)有若干金屬化通孔，所述第二金屬面單元與所述第三金屬面單元通過(guò)所述金屬化通孔電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述第三金屬面單元位于所述金屬結(jié)構(gòu)的一端，所述第三金屬面單元呈長(zhǎng)方面板狀，并與所述饋線的延伸方向相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述第二參考地單元還包括第四金屬面單元，所述第四金屬面單元位于所述饋線一端的一側(cè)，并位于所述饋線的延伸方向上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述介質(zhì)基板位于所述第一金屬面單元及所述第四金屬面單元處開(kāi)設(shè)有若干金屬化通孔，所述第一金屬面單元與所述第四金屬面單元通過(guò)所述金屬化通孔電連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述金屬結(jié)構(gòu)為互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式螺旋線結(jié)構(gòu)、開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、雙開(kāi)口螺旋環(huán)結(jié)構(gòu)、 互補(bǔ)式彎折線結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)的復(fù)合后結(jié)構(gòu)、互補(bǔ)式開(kāi)口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)組陣后的結(jié)構(gòu)中的任一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于超材料天線的路由器，其特征在于所述金屬結(jié)構(gòu)設(shè)置有框體及位于所述框體內(nèi)的兩螺旋線，所述兩螺旋線相互連接形成開(kāi)口螺旋環(huán)， 所述開(kāi)口螺旋環(huán)與所述框體連接，所述螺旋線的自由端呈面板狀。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于超材料天線的路由器，其包括路由器主體和安裝在所述路由器主體上且與之進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)奶炀€，所述天線包括介質(zhì)基板、金屬結(jié)構(gòu)、饋線及參考地，所述饋線與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合，所述參考地包括位于所述介質(zhì)基板相對(duì)兩表面的第一參考地單元及第二參考地單元，所述第一參考地單元使所述饋線的一端形成微帶線。本實(shí)用新型基于超材料天線的路由器通過(guò)精密地控制天線金屬結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫螒B(tài)及合理布局所述微帶線，便得到需要的等效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率分布，使天線能夠在工作頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)較好地阻抗匹配，高效率地完成能量轉(zhuǎn)換，并得到理想的輻射場(chǎng)型，增益高，此外，所述天線占用體積小，因而路由器的整體體積小，對(duì)環(huán)境要求低。
文檔編號(hào)H04W88/14GK202275940SQ20112036095
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者劉若鵬, 徐冠雄, 李岳峰 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院