集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片技術(shù)方案

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供了一種集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，包括SOC單元，該SOC單元內(nèi)置用于接收和發(fā)送電磁波信號(hào)的超材料天線(xiàn)，該超材料天線(xiàn)包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于該介質(zhì)基板一表面的一饋電點(diǎn)、與該饋電點(diǎn)相連接的饋線(xiàn)及一金屬結(jié)構(gòu)；饋線(xiàn)與金屬結(jié)構(gòu)相互耦合。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的系統(tǒng)芯片使用的超材料天線(xiàn)是應(yīng)用超材料技術(shù)設(shè)計(jì)出使一個(gè)波段、兩個(gè)或者更多不同波段的電磁波諧振的天線(xiàn)，決定該超材料天線(xiàn)體積的金屬結(jié)構(gòu)尺寸的物理尺寸不受半波長(zhǎng)的物理長(zhǎng)度限制，與饋線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)耦合即可得到超材料天線(xiàn)，能夠在獲取良好通信效果的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)SOC與天線(xiàn)的整合，減小了應(yīng)用傳統(tǒng)系統(tǒng)芯片與天線(xiàn)的通訊裝置的體積，并且能夠降低線(xiàn)損，增強(qiáng)信號(hào)接收與發(fā)送能力。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于通信領(lǐng)域，具體涉及一種系統(tǒng)芯片。
技術(shù)介紹
在通信的很多領(lǐng)域都需要使用到射頻和天線(xiàn)技術(shù)，在飛速發(fā)展的系統(tǒng)中，射頻和天線(xiàn)起到了關(guān)鍵的作用。然而，射頻天線(xiàn)系統(tǒng)大，功耗大，維護(hù)和更新問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了無(wú)線(xiàn)寬帶通信的發(fā)展，同時(shí)還極大提高了運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本Cpex和Capex。這些問(wèn)題對(duì)業(yè)界提出的綠色能源和低功耗等需求嚴(yán)重抵觸。原本采用的射頻和天線(xiàn)技術(shù)通常采用饋線(xiàn)及電纜連接，這種損耗通常是比較大的。而且，在目前市場(chǎng)廣泛的通信系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的射頻單元功放效率低，非線(xiàn)性化、體積大和功耗大，從而使得射頻單元無(wú)法獲得良好的性能。同時(shí)，傳統(tǒng)天線(xiàn)設(shè)計(jì)吸收較多的能量，產(chǎn)生較大的回波，因而使得天線(xiàn)轉(zhuǎn)換效率低和體積較大，從而影響其應(yīng)用和維護(hù)。現(xiàn)有的SOC在射頻中應(yīng)用時(shí)需要外接天線(xiàn)以進(jìn)行信號(hào)的接收與發(fā)送，信號(hào)在天線(xiàn)與SOC之間傳輸時(shí)仍存在著較大的線(xiàn)損。超材料設(shè)計(jì)技術(shù)可以通過(guò)靈活調(diào)整天線(xiàn)的波束路徑，可以急劇減少傳統(tǒng)材料中被副反射面和波導(dǎo)管遮擋而損失能量的因素，因而可以大幅度的減少能量功耗，體積和安裝維護(hù)時(shí)間及費(fèi)用。采用超材料設(shè)計(jì)天線(xiàn)能有效提高系統(tǒng)增益、天線(xiàn)小型化輕便，同樣，采用超材料的射頻器件如濾波器，雙工器等也可實(shí)現(xiàn)較高的性能，如改變材質(zhì)的介電常數(shù)、提高電導(dǎo)率等，能有效提高射頻器件如駐波、帶外抑制、S參數(shù)等性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有系統(tǒng)芯片特別是片上系統(tǒng)芯片中存在的問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種系統(tǒng)芯片，通過(guò)應(yīng)用超材料技術(shù)設(shè)計(jì)天線(xiàn)結(jié)構(gòu)，將天線(xiàn)集成于系統(tǒng)芯片中，且能獲取較好的通信效果，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用以下技術(shù)方案:一種集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，包括SOC單元，所述SOC單元內(nèi)置用于接收和發(fā)送電磁波信號(hào)的超材料天線(xiàn)。進(jìn)一步地，所述天線(xiàn)包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的一饋電點(diǎn)、與所述、饋電點(diǎn)相連接的饋線(xiàn)及一金屬結(jié)構(gòu)；所述饋線(xiàn)與所述金屬結(jié)構(gòu)相互f禹合。進(jìn)一步地，所述金屬結(jié)構(gòu)是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而成。進(jìn)一步地，所述天線(xiàn)還包括接地單元，所述接地單元上設(shè)置有若干個(gè)金屬化的通孔。進(jìn)一步地，所述天線(xiàn)至少使一種波段的電磁波諧振。進(jìn)一步地，所述電磁波諧振波段的頻率段至少包括2.4GHZ-2.49GHz和5.72GHz-5.85GHz ο進(jìn)一步地，所述SOC單元包括MCU核處理模塊和射頻模塊；所述MCU核處理模塊通信端口與所述射頻模塊的通訊端相連，所述射頻模塊的接收與發(fā)射端與所述天線(xiàn)相連。進(jìn)一步地，所述MCU核處理模塊包括存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器內(nèi)置DSP軟件。進(jìn)一步地，所述DSP軟件實(shí)現(xiàn)所述MCU核處理模塊和射頻模塊輸出的低噪放大、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波、上下變頻、功放和鎖相。進(jìn)一步地，所述射頻模塊包括傳出器、接收器和雙工器；所述傳出器的輸入端和接收器的輸出端構(gòu)成所述射頻模塊的通訊端；所述雙工器的輸出端和輸入端分別與所述接收器和傳出器相連。本專(zhuān)利技術(shù)的系統(tǒng)芯片使用的超材料天線(xiàn)是應(yīng)用超材料技術(shù)設(shè)計(jì)出使一個(gè)波段、兩個(gè)或者更多不同波段的電磁波諧振的天線(xiàn)，決定該超材料天線(xiàn)體積的金屬結(jié)構(gòu)尺寸的物理尺寸不受半波長(zhǎng)的物理長(zhǎng)度限制，與饋線(xiàn)進(jìn)行信號(hào)耦合即可得到超材料天線(xiàn)，能夠在獲取良好通信效果的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)SOC與天線(xiàn)的整合，減小了應(yīng)用傳統(tǒng)系統(tǒng)芯片與天線(xiàn)的裝置的體積，并且能夠降低線(xiàn)損，增強(qiáng)信號(hào)接收與發(fā)送能力；而且，本專(zhuān)利技術(shù)采用的超材料天線(xiàn)能夠接收或者發(fā)送一個(gè)不同的波段的電磁波，也可以同時(shí)接受或者發(fā)送兩個(gè)或者兩個(gè)以上的不同的波段的電磁波，使用本系統(tǒng)芯片可以滿(mǎn)足單頻時(shí)具有多個(gè)工作頻段、多頻時(shí)不同工作頻段同時(shí)工作的模式需求，改變了現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備在不同頻段工作時(shí)需要多根天線(xiàn)的現(xiàn)象。附圖說(shuō)明圖1是本專(zhuān)利技術(shù)系統(tǒng)芯片實(shí)施例1的模塊圖；圖2是本專(zhuān)利技術(shù)系統(tǒng)芯片實(shí)施例2的模塊圖；圖3是本專(zhuān)利技術(shù)系統(tǒng)芯片實(shí)施例3的模塊圖；圖4本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例2中金屬結(jié)構(gòu)的放大示意圖；圖7是本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例2的S參數(shù)仿真圖；圖8是本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例2操作于2.4、2.44、2.48GHz時(shí)E方向遠(yuǎn)場(chǎng)仿真結(jié)果圖；圖9是本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例2操作于2.4、2.44、2.48GHz時(shí)H方向遠(yuǎn)場(chǎng)仿真結(jié)果圖；圖10是本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例2操作于5.725,5.8,5.85GHz時(shí)E方向遠(yuǎn)場(chǎng)仿真結(jié)果圖；圖11是本專(zhuān)利技術(shù)中超材料天線(xiàn)實(shí)施例2操作于5.725、5.8、5.85GHz時(shí)H方向遠(yuǎn)場(chǎng)仿真結(jié)果圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)做一步說(shuō)明。本專(zhuān)利技術(shù)中的超材料天線(xiàn)是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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)。如圖1所示為本專(zhuān)利技術(shù)集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片實(shí)施例1的模塊圖，該系統(tǒng)芯片包括SOC單元100，該SOC單元100內(nèi)置有超材料天線(xiàn)10，超材料天線(xiàn)10可以接受和發(fā)送電磁波信號(hào)，使SOC單元100通過(guò)超材料天線(xiàn)10與外界進(jìn)行通信，本專(zhuān)利技術(shù)系統(tǒng)芯片內(nèi)置超材料天線(xiàn)10,相對(duì)于其他天線(xiàn)及其他天線(xiàn)的連接方式,有效的提高了轉(zhuǎn)化率,降低了損耗。如圖2所示為本專(zhuān)利技術(shù)集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片實(shí)施例2的模塊圖，該系統(tǒng)芯片同樣包括SOC單元100，SOC單元100中內(nèi)置了超材料天線(xiàn)10，進(jìn)一步地，SOC單元100包括MCU核處理模塊11和射頻模塊12，MCU核處理模塊11通信端口與射頻模塊12的通訊端相連，射頻模塊12的接收與發(fā)射端與超材料天線(xiàn)10相連，射頻模塊12接收來(lái)自超材料天線(xiàn)10的數(shù)據(jù)輸出到MCU核處理模塊11，MCU核處理模塊11接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理；MCU核處理模塊11數(shù)據(jù)輸出時(shí)先將數(shù)據(jù)傳送給射頻模塊12，由射頻模塊12輸出到超材料天線(xiàn)10發(fā)射出去。如圖3所示為本專(zhuān)利技術(shù)集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片實(shí)施例3的模塊圖，在該實(shí)施例中，該系統(tǒng)芯片同樣包括SOC單元100，SOC單元100中內(nèi)置了超材料天線(xiàn)10，SOC單元100包括了 MCU核處理模塊11和射頻模塊12。在實(shí)施例3中，MCU核處理模塊11包括存儲(chǔ)器111和核處理器(在圖中未示出)，在存儲(chǔ)器111內(nèi)置了 DSP軟件，DSP軟件接收核處理器的指令能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行低噪放大、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換、濾波、上下變頻、功放和鎖相等處理，存儲(chǔ)器111存儲(chǔ)通訊協(xié)議軟件信息，該通訊協(xié)議可以是ZigBee協(xié)議、藍(lán)牙協(xié)議等。射頻模塊12包括傳出器121、接收器122和雙工器123，傳出器121的輸入端和接收器122的輸出端構(gòu)成了射頻模塊12與MCU核處理模塊11通信端口數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵍耍p工器123的輸出端和輸入端分別與接收器122和傳出器121相連，同時(shí)，雙工器123是射頻模塊12與超材料天線(xiàn)10數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕邮张c發(fā)射端。在應(yīng)用時(shí)，SOC單元100啟動(dòng)，MCU核處理模塊21加載位于存儲(chǔ)器211內(nèi)置的D本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，包括SOC單元，其特征在于，所述SOC單元內(nèi)置用于接收和發(fā)送電磁波信號(hào)的超材料天線(xiàn)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，包括SOC單元，其特征在于，所述SOC單元內(nèi)置用于接收和發(fā)送電磁波信號(hào)的超材料天線(xiàn)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，其特征在于，所述天線(xiàn)包括一介質(zhì)基板和設(shè)置于所述介質(zhì)基板一表面的一饋電點(diǎn)、與所述饋電點(diǎn)相連接的饋線(xiàn)及一金屬結(jié)構(gòu)；所述饋線(xiàn)與所述金屬結(jié)構(gòu)相互耦合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，其特征在于，所述金屬結(jié)構(gòu)是金屬片經(jīng)鏤刻出槽拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而成。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，其特征在于，所述天線(xiàn)還包括接地單元，所述接地單元上設(shè)置有若干個(gè)金屬化的通孔。5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一項(xiàng)所述的集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，其特征在于，所述天線(xiàn)至少使一種波段的電磁波諧振。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的集成超材料天線(xiàn)的系統(tǒng)芯片，其特征在于，所述電磁波諧振波段的頻率段至少包括2.4GHz-2.49GHz和...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉若鵬，徐冠雄，尹武，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：深圳光啟高等理工研究院，深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：