裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電聲天線。本發(fā)明描述了一種電磁波天線，該天線包括：壓電材料條，該壓電材料條具有長(zhǎng)度和垂直于所述長(zhǎng)度的橫截面，其中所述長(zhǎng)度是所述條的所述橫截面的橫向尺寸的至少5倍；第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極布置在所述壓電材料條上并沿著所述條的所述長(zhǎng)度被隔開(kāi)；以及其中所述壓電材料條在沿著所述條的所述長(zhǎng)度的縱向方向上具有固有的偏振性。
【專利說(shuō)明】裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電聲天線。
【背景技術(shù)】
[0002]W02009/081089中描述了由壓電材料制成的天線。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中存在著對(duì)使用大體上為平板形式的壓電材料的偏見(jiàn)。雖然W02009/081089中的圖8b示出了八木型天線，但是壓電桿提供了諧振元件并且沒(méi)有被最佳的驅(qū)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種電磁波天線，該天線包括:壓電材料條，該壓電材料條具有長(zhǎng)度和垂直于所述長(zhǎng)度的橫截面，其中所述長(zhǎng)度是所述條的所述橫截面的橫向尺寸的至少5倍；第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極布置在所述壓電材料條上并沿著所述條的所述長(zhǎng)度被隔開(kāi)；以及其中所述壓電材料條在沿著所述條的所述長(zhǎng)度的縱向方向上具有固有的偏振性。
[0004]在一些實(shí)施方式中，提供了沿著所述條的所述長(zhǎng)度被隔開(kāi)的一對(duì)(或更多)電極，以促進(jìn)天線的差分驅(qū)動(dòng)和有效操作以用于電聲信號(hào)的傳輸或接收。在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，電極的間距被選擇成與天線所耦合到的電路的阻抗(例如，大約50歐姆或大約75歐姆)大體上匹配(本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，通過(guò)改變電極之間的間距，電極之間的有效電壓也將被改變)。
[0005]可選地，在一些實(shí)施方式中，可采用3個(gè)或以上的電極來(lái)耦合到壓電條，以再次為了獲得改進(jìn)的耦合/效率。在一些實(shí)施方式中，由于這些電極之間的相位延遲，這些電極中的一個(gè)或多個(gè)可以被提供有相位匹配元件(例如，延遲線)和/或這些電極可以耦合到變壓器或平衡/不平衡變壓器的不同抽頭。這種布置促進(jìn)了采用高Q天線很難實(shí)現(xiàn)的相位匹配。
[0006]在一些實(shí)施方式中，壓電材料條的長(zhǎng)寬比(也即條的長(zhǎng)度與最大橫向橫截面尺寸的比率)為至少10:1、20:1或50:1。通常，條的橫截面可以是任意形狀，但是在一些實(shí)施方式中通常是正方形、矩形、圓形或橢圓形。(本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到，這里，“條”包括諸如、桿、線或須之類的形狀)。
[0007]在一些實(shí)施方式中，可以沿著條的長(zhǎng)度有間隔地、優(yōu)選以有規(guī)則的間隔布置多個(gè)電極對(duì)。在一些實(shí)施方式中，可以將相反極性的電極進(jìn)行交錯(cuò)。這促進(jìn)差分驅(qū)動(dòng)/信號(hào)放大。
[0008]在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，在壓電條的一個(gè)或多個(gè)縱向表面或面上提供介電材料層，例如諸如PMMA的聚合物層。這有效地將電荷回收至壓電條的表面并因此便于天線有效地與電磁輻射耦合?？蛇x地，可以在條的一端或兩端提供額外的鍍金屬層，以產(chǎn)生更陡峭的(聲)阻抗轉(zhuǎn)換，再次有利于增加效率。在一些實(shí)施方式中，天線被支撐在沿著條的一個(gè)或多個(gè)位置處，在這些位置處，聲振動(dòng)大體上是最小的。
[0009]在一些實(shí)施方式中，壓電條的高長(zhǎng)寬比本質(zhì)上增強(qiáng)了天線的Q。高Q使得天線能夠被使用在具有很少或無(wú)RCL諧振元件的電路中，也即被使用在接收和/或發(fā)射電路中，其中，電路的操作或調(diào)諧的諧振頻率由天線的諧振頻率控制或主導(dǎo)。
[0010] 潛在地，可以采用任意的壓電材料。適當(dāng)材料的示例包括但不局限于石英、氮化鋁、氧化鋅、金剛石和其他材料。
[0011 ] 在一些實(shí)施方式中，由于壓電材料是相對(duì)不導(dǎo)電的，所以許多天線可以彼此鄰近，例如位于電磁輻射的一個(gè)波長(zhǎng)的距離之內(nèi)，但并沒(méi)有通過(guò)去調(diào)諧或一些其他不利方式來(lái)明顯地互相影響。因此，為了增加總信號(hào)輸出水平，可以以二維或三維陣列的方式布置多個(gè)天線。在一些實(shí)施方式中，多個(gè)陣列可以在不同的層中迭代有不同的、優(yōu)選大體上正交定向的天線。另外地或可替換地，多個(gè)正交壓電條天線可以被組合以用于接收/發(fā)射多個(gè)偏振。
[0012]在一些實(shí)施方式中，壓電材料條的長(zhǎng)度是在壓電材料條中縱向行進(jìn)并具有所發(fā)射和/或接收到的電磁波的頻率的聲波波長(zhǎng)的整數(shù)倍。取決于材料，IOOMHz電磁(EM)波的波長(zhǎng)可以是50 μ m量級(jí)，但是為了便于制造天線，天線的長(zhǎng)度可以是η個(gè)半波長(zhǎng)，其中η是至少5、10、20、30、40、50、100或更多。因此，天線的長(zhǎng)度可以是毫米量級(jí)，以大大地便于制造，同時(shí)仍然遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)金屬四分之一波偶極子，以及同時(shí)還保持天線的其他優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)包括例如極高的Q。
[0013]因此，在另一方面，本發(fā)明提供一種接收或發(fā)射電磁(EM)波的方法，該方法包括將電磁波耦合到壓電材料條中以便該EM波在壓電材料條中引起縱向聲振動(dòng)，以及其中壓電材料條的長(zhǎng)度大體上等于在EM波的頻率處進(jìn)行縱向聲振動(dòng)的半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。
[0014]在一些實(shí)施方式中，縱軸被選擇以定義壓電材料的大體上最大的固有偏振性的方向。在一些實(shí)施方式中，條的長(zhǎng)度是至少0.01mm、0.1mm或1mm。在操作的諧振頻率處,天線可以具有至少103、優(yōu)選至少IO4的Q。
[0015]在又一方面中，本發(fā)明提供一種使用壓電材料形成電聲波天線的方法，該方法包括:對(duì)壓電材料中電荷的表面波圖案進(jìn)行勵(lì)磁，電荷的圖案在兩個(gè)維度上水平地延伸；以及使用電荷的圖案來(lái)形成電磁波天線。
[0016]本發(fā)明還提供一種壓電天線，該天線包括:壓電材料的襯底；至少一組電極，用于對(duì)所述壓電材料中的電荷的表面波圖案進(jìn)行勵(lì)磁，所述電荷的圖案在兩個(gè)維度上水平地延伸；以及用于使用相同或附加的所述電極將所接收或發(fā)射的電磁波信號(hào)耦合到或耦合出天線的模塊，其中所述電荷的圖案形成所述天線。
[0017]在一些優(yōu)選實(shí)施方式中，電荷的表面波圖案是電荷的駐波圖案，尤其是在壓電材料的2D表面上分布的正電荷和負(fù)電荷的大體靜止的圖案。在一些實(shí)施方式中，電荷分布形成一個(gè)方向上位于表面上的紋波，但是在其他方向上表面駐波在表面的兩個(gè)水平維度中是具有空間周期性的。在一些實(shí)施方式中，表面電荷的駐波圖案可以由相互交錯(cuò)的電極指部產(chǎn)生，并且這些電極的配置可以被控制以控制表面電荷的圖案，例如對(duì)電極進(jìn)行切趾和/或控制電極寬度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到可以采用的各種類型的電極配置，例如，用于線性調(diào)頻脈沖濾波器(chirp filter)的分散配置。用于將所接收或發(fā)射的電磁波信號(hào)耦合到或耦合出天線的模塊可以包括例如射頻耦合元件，諸如連接到電極以驅(qū)動(dòng)壓電材料中的聲振動(dòng)的電容器；本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到存在著許多替代。
[0018]在一些實(shí)施方式中，電極對(duì)來(lái)自一個(gè)或一對(duì)(鄰近)橫向邊緣的聲波進(jìn)行勵(lì)磁，以對(duì)一個(gè)方向或在一些實(shí)施方式中一對(duì)正交方向上的聲波進(jìn)行勵(lì)磁以產(chǎn)生電荷的2D表面圖案或者等離子體(所勵(lì)磁的電荷可以被看作等離子體)。如之前提到的，定義荷電區(qū)域的間距的聲波長(zhǎng)度可以是IO5的量級(jí)，即比電磁波波長(zhǎng)小IO5倍(可以從速度=頻率X波長(zhǎng)中得到)。因此駐波可以在X或Y方向(這些是設(shè)備的水平表面上的方向)上產(chǎn)生，駐波之間的干擾產(chǎn)生電荷的“地毯”圖案。(駐波可以通過(guò)在特定方向上在表面中發(fā)送行波來(lái)產(chǎn)生)
[0019]電荷在表面上的周期性分布可以因此被定義并被控制，例如通過(guò)控制電極配置和/或電極模擬。該電荷圖案因此可以是固定的或者可變的/可控的。在一些實(shí)施方式中，電荷的駐波圖案定義了相陣天線，并且以此方式天線可以被提供有由所產(chǎn)生的電荷圖案所控制的一個(gè)或多個(gè)方向性響應(yīng)。廣而言之，電荷圖案可以被當(dāng)做天線分布的圖像。
[0020]在優(yōu)選的實(shí)施方式中，表面波包括壓電材料的表面波模式，但在其他實(shí)施方式中，表面波可以在壓電材料的隔膜中產(chǎn)生——期望的結(jié)果是能量應(yīng)當(dāng)被主要限定在壓電材料的表面處，因?yàn)閷?shí)際上該材料體積中的能量將被浪費(fèi)。
[0021]在替代的方法中，表面波圖案可以包括隨時(shí)間變化的2D分布電荷，其頻率與將被傳送或接收的電磁波的頻率大體上匹配。這可以例如通過(guò)應(yīng)用具有長(zhǎng)波長(zhǎng)的波或者通過(guò)從下表面發(fā)送波或者通過(guò)從后對(duì)壓電材料進(jìn)行勵(lì)磁來(lái)實(shí)現(xiàn)。該隨時(shí)間變化的電荷分布可以被認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)或接收電磁波的活塞。廣義而言，分布的寬度由底層電極的寬度定義；材料的厚度可以被布置成與諧振模式相匹配。在一些實(shí)施方式中，該材料可以被提供有例如在壓電材料周圍的接地面，或者可替換地這可以通過(guò)壓電天線采用的環(huán)境來(lái)提供。圖案的大小可以大于或小于聲波波長(zhǎng)但將小于電磁波長(zhǎng)。被勵(lì)磁的圖案的形狀范圍可以包括但不局限于圓形、正方形或矩形或橢圓形圖案。
[0022]在一些實(shí)施方式中，壓電材料的表面可以是曲面，例如凹面或凸面，以引導(dǎo)輻射傳輸/接收?qǐng)D案。天線可以被用來(lái)發(fā)射電磁輻射或者接收電磁波(例如通過(guò)檢測(cè)壓電材料上電荷空間分布的變化或修改)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]現(xiàn)在將參考附圖，并僅以示例性的方式來(lái)進(jìn)一步描述本發(fā)明的這些和其他方面，其中:
[0024]圖1是中心“反饋”信號(hào)耦合方法/幾何形狀。這是最簡(jiǎn)單的天線迭代。其基本結(jié)構(gòu)包括壓電須，其中正弦射頻電壓被饋送給由間隙所分離的兩個(gè)金屬電極。該間隙決定天線的阻抗，并且因此決定從發(fā)射器到縱向(或者扭轉(zhuǎn)或者在更低頻率時(shí)為彎曲)電聲波中的能量傳遞，其反過(guò)來(lái)變成被輻射的電磁波，反之亦然；
[0025]圖2是多相位信號(hào)耦合方法/幾何形狀。這是更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，其中不是向兩個(gè)金屬電極施加正弦射頻，而是以類似“斑紋”的圖案添加若干其他電極以便調(diào)整阻抗和帶寬。這里，我們考慮對(duì)所施加信號(hào)的相位的外部電子調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)在所述須中引起的電聲駐波的有建設(shè)性干擾；
[0026]圖3是變壓器耦合方法/幾何形狀。這是更傳統(tǒng)的耦合結(jié)構(gòu)的示例，其中變壓器的次級(jí)繞組的多個(gè)抽頭點(diǎn)被連接到施加到壓電須的“斑紋”電極圖案的多個(gè)電極點(diǎn)。該配置和其他類似的變壓器/平衡-不平衡變壓器布置允許我們根據(jù)初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的匝比來(lái)減少天線的阻抗；
[0027]圖4是單相位信號(hào)耦合方法/幾何形狀。壓電須上的“斑紋”電極圖案被布置以使得在每個(gè)電極之間存在著180°的相位差。這意味著每360°能夠從一群同相電極中抽取信號(hào)，這群同相電極與具有相同間隔的另一群電極一起使用但是該另一群電極相對(duì)于第一群電極被移位了 180°，最終結(jié)果是能夠使用最低數(shù)量的單相位饋送來(lái)耦合到該結(jié)構(gòu)中并同時(shí)保持高Q因子；
[0028]圖5是全向須天線。這里，根據(jù)所提到的方案，將須布置成與連接到天線元件的導(dǎo)線正交。在該外觀中，正交天線能夠從多個(gè)偏振和從不同方向接收波，從而使得其在很大程度上是全向的。應(yīng)該注意，為了增強(qiáng)方向性，進(jìn)一步的有線或無(wú)線須能夠以與定向八木天線結(jié)構(gòu)相類似的方式被布置成與下面的其中一個(gè)元件并聯(lián)；
[0029]圖6是安裝好的須天線。這些結(jié)構(gòu)指示須，尤其那些長(zhǎng)度為毫米的須，如何能夠被安裝以避免減弱電磁波和減少天線的效率。安裝點(diǎn)接近于所選擇的電聲波諧振模式的節(jié)
占.[0030]圖7是平面電聲(EA)天線。須的設(shè)計(jì)還能夠被實(shí)施為平面版本，其更容易根據(jù)通常用于SAW和QCR (石英晶體諧振)振蕩器的壓電晶圓來(lái)制造。電極使用標(biāo)準(zhǔn)光刻方法來(lái)形成以將電極布置在中央反饋位置處，并且根據(jù)相關(guān)晶格而從晶圓上切割出天線元件。該形式也提供了將電聲波以及因此電荷引導(dǎo)/誘捕到一個(gè)表面上的機(jī)會(huì)，以便表面阻抗能夠更好地與自由空間匹配從而給出最大的輻射耦合；
[0031]圖8是懸浮電聲(EA)元件。懸浮電聲元件進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了該思想，以便不利用大的平面結(jié)構(gòu)的天線，而是利用光刻技術(shù)來(lái)后向刻蝕涂覆有壓電薄膜的硅晶圓以給出由電極(或通過(guò)其他方法)懸浮的元件，以使得懸浮薄膜結(jié)構(gòu)可沿著其長(zhǎng)度自由振動(dòng)。該電路耦合方法借助以下任何一個(gè):之前描述的類似斑紋的圖案、相互交錯(cuò)的電極結(jié)構(gòu)或者其他電感
裝置；
[0032]圖9是單層EA陣列。這些懸浮元件可以是二維2D中多個(gè)懸浮結(jié)構(gòu)共線性的一部分，其中一些或所有元件耦合到接收器或收發(fā)器。這能夠集成到RFID芯片中，以便產(chǎn)生緊湊的接收和發(fā)射結(jié)構(gòu)；
[0033]圖10是集成的多層EA陣列。共線陣列的堆疊能夠產(chǎn)生緊湊的三維3D天線結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠非常有效地抽取/提取至相關(guān)RF芯片組的接收器前端的之前描述的無(wú)線電能量連接。每個(gè)層還能夠在不同方向上被偏振以最大化現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的耦合。
【具體實(shí)施方式】
[0034]電聲天線
[0035]我們將描述更大的電聲天線形式，其具有微米至毫米的尺寸以用于在KHz至GHz頻率范圍中進(jìn)行操作。
[0036]參照附圖和以上對(duì)圖形的描述，我們將進(jìn)一步描述改進(jìn)輻射效率、耦合效率和Q因子以改進(jìn)電聲天線性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征。
[0037]須天線和斑紋電極
[0038]為了描述這些設(shè)計(jì)，我們從最簡(jiǎn)單的天線形式，即基于須的單偶極子壓電天線(圖1)形式開(kāi)始。
[0039]這些優(yōu)點(diǎn)包括:
[0040]?其因相對(duì)于其體積的更大輻射表面面積而具有更大的輻射效率。(我們?cè)隈詈想姶泡椛浞矫媸芤?，因?yàn)閷⒊Ｒ?guī)地用作源的加速電荷不再因被埋在晶體內(nèi)部而被屏蔽)
[0041]?類似于長(zhǎng)的長(zhǎng)寬比，我們?cè)谂紭O子動(dòng)量方面受益，從而再次增加了輻射效率。
[0042].Q因子也因窄寬度而被改善，這更好地定義了其頻率。
[0043]為了受益于該效率，須應(yīng)當(dāng)也優(yōu)選地被匹配用于基頻和諧波處的無(wú)線電信號(hào)性能。為此，我們將電極布置在半波的中心點(diǎn)附近(圖1)，其對(duì)周圍電路的電阻抗非常低。如果需要更低的阻抗，則也可以將多個(gè)元件安裝在并聯(lián)陣列中。
[0044]對(duì)于單個(gè)元件，阻抗變換器能夠由單個(gè)須制成。這里，我們因電聲波的分布而做出具有若干并聯(lián)電極的“斑紋”圖案(圖2)，這些電極之間具有小相位差(〈45度)。該方案降低了電極阻抗，但無(wú)需使用多個(gè)元件。為了使用這些信號(hào)，它們的單獨(dú)相位應(yīng)當(dāng)與電荷耦合器件或適當(dāng)網(wǎng)絡(luò)相干。類似結(jié)果能夠使用匹配變壓器或平衡-不平衡變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)以對(duì)阻抗進(jìn)行變換(圖3)。
[0045]如果需要窄的操作頻率范圍，則上述多點(diǎn)電極的間距應(yīng)當(dāng)與電聲節(jié)點(diǎn)和電聲波的反節(jié)點(diǎn)相匹配(圖4)。這種類型的阻抗變換器因電聲波與電極位置之間的緊密配合而導(dǎo)致高Q因子，該高Q因子反過(guò)來(lái)改進(jìn)了選擇性和輻射性能。
[0046]有益的是須的表面阻抗能夠進(jìn)行調(diào)整以將其與自由空間阻抗相匹配。這或許需要表面涂覆，該表面涂覆可以通過(guò)鄰近的介電薄膜或非鄰近的介電薄膜圖案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0047]偏振性對(duì)于發(fā)送和接收無(wú)線電信號(hào)也是重要的。例如，十字對(duì)設(shè)計(jì)或須三元組(圖5)能夠提供不具有方向選擇性的全向圖案，方向選擇性能夠?qū)哂蓄l繁黑點(diǎn)和漏碼的RFID標(biāo)簽進(jìn)行折中。
[0048]采用并聯(lián)組合的具有不同長(zhǎng)度的多個(gè)元件進(jìn)行信號(hào)處理也是可能的。這與改變表面聲波換能器(其因它們的信號(hào)處理能力而被大家所知)的周期性相類似。例如，通過(guò)根據(jù)特定功能來(lái)改變?cè)拈L(zhǎng)度，帶通濾波器能夠被構(gòu)建到多須天線中。
[0049]在上面的所有情況中，天線需要被恰當(dāng)?shù)匕惭b，以便能夠?qū)崿F(xiàn)至收發(fā)器的電氣連接。因此，最可取的是在沿著須的靜態(tài)節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行安裝和電氣連接。
[0050]總之，如果下面的邊界條件中的任意一者能夠滿足的話，須便能夠振動(dòng):邊界-邊界、邊界-自由或自由-自由(圖6)。顯然，對(duì)于剛性安裝，邊界-邊界是合適的，然而如果須非常短，則自由-邊界也是合適的。
[0051]長(zhǎng)度是IOmm的須將以大約IOOkHz的基頻進(jìn)行操作。對(duì)于相同長(zhǎng)度的須而言，如果電極間距被改變以支持比方說(shuō)10個(gè)波長(zhǎng)(其將以IMHz的諧波進(jìn)行諧振)或1000個(gè)波長(zhǎng)(其將以IGHz進(jìn)行諧振)的話，則能夠?qū)崿F(xiàn)更高的頻率。但是，顯然，能夠根據(jù)應(yīng)用限制(包括方向性、頻率和大小)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。顯然，對(duì)于RFID應(yīng)用而言，實(shí)現(xiàn)小尺寸和非常低的操作頻率的可能性是有吸引力的。另一方面，低頻更容易使用這些天線配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0052]瞬浙波天線和斑紋電極
[0053]須的另一變型是瞬逝波形式(圖7)。這是矩形條而非圓柱形式，并從諧振瞬逝波(諸如在表面中傳播的拉夫波)中產(chǎn)生無(wú)線電波。類似于須，勵(lì)磁采用位于中心或者沿著其長(zhǎng)度分布的相互交錯(cuò)電極結(jié)構(gòu)(圖8)進(jìn)行。與SAW器件不同，這些具有用于創(chuàng)建諧振波而非駐波的端反射器。益處是容易從壓電晶圓進(jìn)行傳播、天線的自支持特性及其容易與基于芯片的電路進(jìn)行集成。根據(jù)已知技術(shù)也能夠從壓電薄膜構(gòu)建諧振Iamb和Rayleigh模式，但是其要被修改以確保對(duì)于它們的反射而言端部是自由的以產(chǎn)生駐波。[0054]形成元件多樣性的進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是能夠通過(guò)將天線并聯(lián)在一起以形成2D陣列(圖9)或者堆疊以在3D (圖10)上延伸無(wú)線電捕獲來(lái)實(shí)現(xiàn)天線增益。這能夠?qū)崿F(xiàn)具有高捕獲效率的非常緊湊的尺寸，從而增加尺寸趨向于減小的RFID標(biāo)簽或其他通信產(chǎn)品的潛在性能。
[0055]以下將描述如上所述的本發(fā)明的各個(gè)方面和實(shí)施方式的進(jìn)一步提升。這些可選地被單獨(dú)使用或者與上面描述的實(shí)施方式中的任一或所有結(jié)合使用。
[0056].使用方法來(lái)在器件表面處捕獲電聲波以使得輻射效率最大化
[0057].使用表面引導(dǎo)的電聲波將電荷帶到表面上以使得輻射效率最大化
[0058].使用2D壓電片或“板”來(lái)經(jīng)由其表面上的電荷圖案來(lái)垂直于其表面進(jìn)行輻射
[0059].控制電聲波的分布以給出表面中的周期性電荷圖案，以在壓電片上/中人為地揉合天線形式
[0060].控制電聲波分布以在2D表面上產(chǎn)生周期性空間電荷圖案
[0061].控制電聲波分布以產(chǎn)生電荷的周期性時(shí)間分布
[0062].使用時(shí)間和/或空間電荷圖案以產(chǎn)生由調(diào)制電荷形成的可控天線陣列
[0063].使用半導(dǎo)體層放大電荷波
[0064].調(diào)整集膚深度以將表面阻抗匹配到自由空間，以因此增強(qiáng)輻射效率
[0065].使用中間阻抗的涂覆來(lái)將電聲波匹配到自由空間
[0066].在天線元件之間使用偶極子耦合來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)化的3D結(jié)構(gòu)
[0067].經(jīng)由直接電極、感應(yīng)線圈或微波帶狀線方法來(lái)耦合到天線元件
[0068]毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，將會(huì)出現(xiàn)很多其他有效替代。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于所描述的實(shí)施方式并且涵蓋對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)且位于所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改。
【權(quán)利要求】
1.一種電磁波天線,該天線包括: 壓電材料條，該壓電材料條具有長(zhǎng)度和垂直于所述長(zhǎng)度的橫截面，其中所述長(zhǎng)度是所述條的所述橫截面的橫向尺寸的至少5倍； 第一電極和第二電極，該第一電極和第二電極布置在所述壓電材料條上并沿著所述條的所述長(zhǎng)度被隔開(kāi)；以及 其中所述壓電材料條在沿著所述條的所述長(zhǎng)度的縱向方向上具有固有的偏振性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁波天線，其中，所述縱向方向定義了所述壓電材料大體上最大的固有偏振性的方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電磁波天線，其中，所述長(zhǎng)度是至少0.01mm、0.1mm或Imm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電磁波天線，其中，在諧振頻率處，所述天線具有至少IO3優(yōu)選至少IO4的Q因子。
5.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電磁波天線，該天線包括至少三個(gè)沿著所述條的所述長(zhǎng)度被隔開(kāi)的所述電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電磁波天線，該天線還包括耦合到所述電極的多個(gè)相位匹配元件或變壓器。
7.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電磁波天線，該天線包括多對(duì)沿著所述條的所述長(zhǎng)度有間隔地布置的所述電極。
8.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述電磁波天線，該天線還包括位于所述壓電條的至少一個(gè)表面上以增強(qiáng)所述條中的電磁福射與聲振動(dòng)的稱合的介電材料層。
9.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電磁波天線，該天線還包括支撐層，并且其中所述天線被安裝在所述支撐層上大體位于所述天線的最小聲振動(dòng)的位置處。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一組大體上相互正交的電磁波天線。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的電磁波天線的大體二維陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電磁波天線的陣列堆疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的堆疊，其中，所述堆疊的不同層中的所述電磁波天線大體上彼此正交定向。
14.根據(jù)前述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的與天線信號(hào)接收或驅(qū)動(dòng)電路相組合的電磁波天線、集、陣列或堆疊，其中所述天線控制所述電路的操作頻率。
15.一種使用壓電材料形成電磁波天線的方法，該方法包括: 對(duì)所述壓電材料中的電荷的表面波圖案進(jìn)行勵(lì)磁，所述電荷的圖案在兩個(gè)維度上水平地延伸；以及 使用所述電荷的圖案來(lái)形成所述電磁波天線。
16.一種壓電天線，該天線包括: 壓電材料的襯底； 至少一組電極，用于對(duì)所述壓電材料中的電荷的表面波圖案進(jìn)行勵(lì)磁，所述電荷的圖案在兩個(gè)維度上水平地延伸；以及 用于使用相同或附加的所述電極將所接收或發(fā)射的電磁波信號(hào)耦合到或耦合出所述天線的模塊，其中所述電荷的圖案形成所述天線。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法或天線，其中，所述表面波圖案是表面駐波圖案。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法或天線，其中，所述表面駐波圖案在兩個(gè)水平維度上是空間周期性的。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法或天線，該方法或天線還包括使用相互交錯(cuò)的電極對(duì)所述波圖案進(jìn)行勵(lì)磁并將所述電極配置成控制所述電荷的圖案。
20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法或天線，其中，所述勵(lì)磁包括在兩個(gè)橫向邊緣上對(duì)所述壓電材料進(jìn)行勵(lì)磁，每個(gè)所述勵(lì)磁產(chǎn)生大致為帶式的電荷圖案，其中所述帶通常平行于所述橫向邊緣，以便所述帶式圖案相互交互以建立電荷的所述二維駐波圖案。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法或天線，其中，所述電荷的表面駐波圖案定義相陣天線，并且其中所述天線具有由所述電荷的圖案控制的方向性響應(yīng)。
22.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法或天線，其中，所述表面波圖案包括隨時(shí)間變化的二維分布電荷，并且其中所述時(shí)間變化的頻率大體上與所述電磁波的頻率相匹配。
23.根據(jù)權(quán)利要求15至22中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法或天線，其中，所述壓電材料包括材料片或隔膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求15至23中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法或天線，其中，所述壓電材料的表面是曲面的以引導(dǎo)由所述天線接收或傳送的電磁波。
【文檔編號(hào)】H01Q9/04GK103703613SQ201280026420
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月1日
【發(fā)明者】C·洛, A·史蒂文森, K·薩爾馬, D·J·奧尼爾 申請(qǐng)人:速博無(wú)線有限公司