專利名稱：一種天線防護罩的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種天線防護罩，尤其涉及一種利用超材料技術制成的具有阻抗匹配功能的天線防護罩。
背景技術：
移動通信時現(xiàn)代信息傳輸和交流的重要系統(tǒng)之一，隨著業(yè)務量不斷增加、城市的不斷發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡覆蓋在不斷擴大和完善；隨著社會的進步和發(fā)展，移動通信越來越面向大眾?；咎炀€是移動通信天饋系統(tǒng)的重要組成部分，它如同整個移動通信系統(tǒng)的觸角，在通信過程中起著舉足輕重的作用。由于基站天線的重要作用使得基站天線必須在各 種惡劣環(huán)境例如強風、強雨、高溫下仍然需要正常工作。通常情況下，為了保護基站天線，需要在基站天線外面增設天線防護罩。但是隨著天線防護罩的加入，從天線向自由空間發(fā)射的電磁波或者從自由空間向天線發(fā)射的電磁波均會被防護罩反射一部分，使信號質量被減弱。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述不足提出一種具有阻抗匹配功能、增強電磁波透過性的天線防護罩。本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是，提出一種天線防護罩，其包括基層、對稱附著于該基層相對兩側表面的第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層，該第一阻抗匹配層包括第一首位超材料片層和第一末位超材料片層以及堆疊于該第一首位超材料片層和該第一末位超材料片層之間的多個第一中間超材料片層，該該第二阻抗匹配層包括第二首位超材料片層和第二末位超材料片層以及堆疊于該第二首位超材料片層和該第二末位超材料片層之間的多個第二中間超材料片層；該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的阻抗均由自由空間的阻抗逐漸變化到該基層的阻抗，且該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的阻抗等于自由空間阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的阻抗等于該基層的阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層附著于該基層相對兩側表面。該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的每個超材料片層均包括基材和附著于該基材上的多個相同的人造金屬微結構，各個超材料片層上附著的人造金屬微結構均具有相同的幾何形狀且尺寸逐漸變化；該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的人造金屬微結構尺寸最大，該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的人造金屬微結構尺寸最小。該人造金屬微結構包括第一金屬分支和分別連接在第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支。該人造金屬微結構還包括分別連接在該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支、分別連接在該第三金屬分支兩端且垂直于該第三金屬分支的第四金屬分支，依此類推。該第二金屬分支的長度小于該第一金屬分支，該第三金屬分支的長度小于該第二金屬分支，該第四金屬分支的長度小于該第三金屬分支，依此類推。每個該人造金屬微結構包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個第一金屬分支、分別連接在每個該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類推。每個該人造金屬微結構包括在三維空間內兩兩垂直且共一交點的三個第一金屬分支、分別連接在每個該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類推。 該人造金屬微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻附著于該基材上。該基材為陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料。本發(fā)明天線防護罩在基層兩側設置有超材料片層堆疊而成的阻抗匹配層使得天線防護罩具有很好的電磁透過性，天線防護罩內部的天線在接收和發(fā)射電磁波時，電磁波通過該天線防護罩不再發(fā)生反射，提高了信號的質量。


圖I為本發(fā)明一種天線防護罩剖視圖；圖2為本發(fā)明一種天線防護罩阻抗與天線厚度的d-Z關系圖；圖3為本發(fā)明一種天線防護罩一部分的結構示意圖，其中第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層被分層剖視；圖4為本發(fā)明一種天線防護罩超材料片層的人造金屬微結構的第一較佳拓撲圖案；圖5為圖4所不人造金屬微結構第一較佳拓撲圖案的衍生拓撲圖案；圖6為圖5所不人造金屬微結構衍生拓撲圖案的進一步衍生拓撲圖案；圖7為本發(fā)明一種天線防護罩超材料片層的人造金屬微結構的第二較佳拓撲圖案；圖8為圖7所示人造金屬微結構第二較佳拓撲圖案的衍生拓撲圖案；圖9為圖8所不人造金屬微結構衍生拓撲圖案的進一步衍生拓撲圖案；圖10為本發(fā)明一種天線防護罩超材料片層內部附著有三維拓撲圖案的人造金屬微結構的立體示意圖。
具體實施例方式請參照圖1，圖I為本發(fā)明天線防護罩的剖視圖。天線1000設置于天線防護罩內部用以接收或發(fā)射電磁波。天線防護罩的形狀并不以圖中所示形狀為限，可根據(jù)實際需要構成正方體、長方體、橢圓形等各種形狀。本發(fā)明天線防護罩包括基層10，對稱設置于基層10兩側表面的第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30。第一阻抗匹配層10和第二阻抗匹配層30在各自靠近自由空間一側的阻抗等于自由空間阻抗，各自靠近基層IO —側的阻抗等于基層10的阻抗，從自由空間阻抗到基層10的阻抗呈線性逐漸變化。阻抗變化趨勢如圖2所示。圖2中，Cltl即為第一阻抗匹配層厚度，Cl1-Cl0為基層厚度，Cl2-Cl1為第二阻抗匹配層厚度，Ztl為自由空間阻抗值，Zn為基層阻抗值。下面請參照圖3，圖3為本發(fā)明天線防護罩一部分的結構示意圖。整個天線防護罩可看成由多個該部分組成所需的形狀。其中，第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30被分層剖視以便更清楚地表示第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30的內部結構。第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30均由多個超材料片層疊加而成，圖中超材料片層層數(shù)僅為示意性的，并非用以限定本發(fā)明的超材料片層層數(shù)。其中第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30各自靠近自由空間一側的超材料片層為第一首位超材料片層201和第二首位超材料片層301，各自靠近基層10的超材料片層為第一末位超材料片層202和第二末位超材料片層302。第一首位超材料片層201和第二首位超材料片層301、第一末位超材料片層202和第二末位超材料片層302、堆疊于第一首位超材料片層201和第一末位超材料片層202之間的多個第一中間超材料片層與堆疊于第二首位超材料片層301和第二末位超材料片層302之間的多個第二中間超材料片層均以基層10對稱面對稱設置。
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每個超材料片層均包括基材以及附著于基材上的多個人造金屬微結構。各個人造金屬微結構在基材上的排布間隔應為入射電磁波波長的1/5至1/10以便對入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的電磁響應。本發(fā)明中，各個超材料片層上的人造金屬微結構幾何形狀均相同，單一超材料片層的人造金屬微結構幾何形狀和尺寸均相同，不同超材料片層的人造金屬微結構尺寸不同，且第一首位超材料片層201和第二首位超材料片層301的人造金屬微結構尺寸最大，第一末位超材料片層202和第二末位超材料片層302的人造金屬微結構尺寸最小，中間各層的人造金屬微結構的尺寸由最小向最大逐漸變化。在基材上附著人造金屬微結構可通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻等多種方法。其中蝕刻是較優(yōu)的制造工藝，其步驟是在設計好合適的人造金屬微結構的拓撲圖案后，先將一張金屬箔片整體地附著在基材上，然后通過蝕刻設備，利用溶劑與金屬的化學反應去除掉人造金屬微結構預設圖案以外的箔片部分，余下的即可得到陣列排布的人造金屬微結構。上述金屬箔片的材質可以是銅、銀等金屬。基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料制得。在確定本發(fā)明天線防護罩內天線的發(fā)射和接受頻段后，需要根據(jù)該頻段設計和調整各超材料片層的人造金屬微結構的圖案和尺寸以便使得阻抗?jié)M足圖2所示的阻抗變化要求。請參照圖4，圖4為本發(fā)明的超材料片層人造金屬微結構的第一較佳拓撲圖案。其包括豎直的第一金屬分支101和分別連接在第一金屬分支101兩端且垂直于第一金屬分支101的第二金屬分支102。當電磁波通過該人造金屬微結構時第二金屬分支兩端分別聚集正負電荷形成等效電容，人造金屬微結構本身等效為等效電感，根據(jù)阻抗公式Z =R+j L+l/jcoC，其中Z為阻抗、R為等效電阻、L為等效電感、C為等效電容，可知，調整第二金屬分支的面積和間隔可調整等效電容，調整人造金屬微結構整體的大小可調整等效電感，進而可調整超材料片層整體的阻抗。當人造金屬微結構尺寸越大時，其阻抗相應的越大。圖5所示拓撲圖案是圖4所示人造金屬微結構第一較佳拓撲圖案的衍生，其不僅包括構成“工”字形的第一金屬分支101和第二金屬分支102，還包括分別連接在第二金屬分支102兩端且垂直于第二金屬分支102的第三金屬分支103 ；
圖6所示拓撲圖案則是圖5所示拓撲圖案的進一步衍生,其圖5的基礎上還包括分別連接在第三金屬分支103兩端且垂直于第三金屬分支103的第四金屬分支104。依此類推，本發(fā)明的對電場響應的人造金屬微結構圖案還有無窮多個。第二金屬分支102的長度小于第一金屬分支101,第三金屬分支103的長度小于第二金屬分支102,第四金屬分支104的長度小于第三金屬分支103，依此類推。其中，每個第一金屬分支101只與第二金屬分支102相連接,不與其他任何金屬分支相交；任意第N金屬分支只與第(N-I)金屬分支和第(N+1)金屬分支相交連接,不予其他任何金屬分支相交，這里N大于等于2。圖7為本發(fā)明的超材料片層人造金屬微結構的第二較佳拓撲圖案，其包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個第一金屬分支201、分別連接在每個第一金屬分支201兩端且垂直于第一金屬分支201的第二金屬分支202。圖8和圖9是圖7所示的人造金屬微結構第二較佳拓撲圖案的衍生。圖8所示的金屬分支除具有圖7所示的第一金屬分支201和第二金屬分支202外，還包括分別連接在 每個第二金屬分支202兩端且垂直于第二金屬分支202的第三金屬分支203。圖9所示的金屬分支除具有圖8所示的第一金屬分支201、第二金屬分支202以及第三金屬分支203夕卜，還包括分別連接在每個第三金屬分支203兩端且垂直于第三金屬分支203的第四金屬分支204。本發(fā)明人造金屬微結構第二較佳拓撲圖案還可包括分別連接在每個第四金屬分支204兩端且垂直于第四金屬分支204的第五金屬分支，依此類推。上述圖5、圖6、圖7、圖8、圖9均可視為圖4所示“工”字形人造金屬微結構拓撲圖案的衍生，設計該些衍生圖案可達到下列有益效果(I)由于人造金屬微結構需對電磁波產(chǎn)生響應，因此人造金屬微結構的金屬分支需在電磁波的電場和磁場方向有投影，衍生圖案的金屬分支越多其能響應的電磁波方向就越多；(2)愈多的衍生金屬分支其對應的可調節(jié)人造金屬微結構電磁參數(shù)的參量就愈多，在大規(guī)模計算技術的支持下，越容易達到本發(fā)明目的。本發(fā)明還提出一種三維人造金屬微結構，該三維人造金屬微結構周期排列于基材內部，如圖10所示，其集合了上述圖4至圖9的衍生圖案，同時具有圖5至圖9的有益效果并能對三維空間各方向的電磁波均能產(chǎn)生電磁響應。該人造金屬微結構包括在三維空間共交點兩兩垂直的三個第一金屬分支301、分別連接在每個第一金屬分支301兩端且垂直于第一金屬分支301的第二金屬分支302。在大規(guī)模計算技術的支持下，金屬分支的衍生可是無窮的，在此不再贅述。以上所述是本發(fā)明的具體實施方式
，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種天線防護罩，其特征在于包括基層、對稱附著于該基層相對兩側表面的第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層，該第一阻抗匹配層包括第一首位超材料片層和第一末位超材料片層以及堆疊于該第一首位超材料片層和該第一末位超材料片層之間的多個第一中間超材料片層，該該第二阻抗匹配層包括第二首位超材料片層和第二末位超材料片層以及堆疊于該第二首位超材料片層和該第二末位超材料片層之間的多個第二中間超材料片層；該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的阻抗均由自由空間的阻抗逐漸變化到該基層的阻抗，且該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的阻抗等于自由空間阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的阻抗等于該基層的阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層附著于該基層相對兩側表面。
2.如權利要求I所述的天線防護罩，其特征在于該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的每個超材料片層均包括基材和附著于該基材上的多個相同的人造金屬微結構，各個超材料片層上附著的人造金屬微結構均具有相同的幾何形狀且尺寸逐漸變化；該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的人造金屬微結構尺寸最大，該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的人造金屬微結構尺寸最小。
3.如權利要求2所述的天線防護罩，其特征在于該人造金屬微結構包括第一金屬分支和分別連接在第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支。
4.如權利要求3所述的天線防護罩，其特征在于該人造金屬微結構還包括分別連接在該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支、分別連接在該第三金屬分支兩端且垂直于該第三金屬分支的第四金屬分支，依此類推。
5.如權利要求4所述的天線防護罩，其特征在于該第二金屬分支的長度小于該第一金屬分支，該第三金屬分支的長度小于該第二金屬分支，該第四金屬分支的長度小于該第三金屬分支，依此類推。
6.如權利要求2所述的天線防護罩，其特征在于每個該人造金屬微結構包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個第一金屬分支、分別連接在每個該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類推。
7.如權利要求2所述的天線防護罩，其特征在于每個該人造金屬微結構包括在三維空間內兩兩垂直且共一交點的三個第一金屬分支、分別連接在每個該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類推。
8.如權利要求2所述的天線防護罩，其特征在于該人造金屬微結構通過蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻附著于該基材上。
9.如權利要求2所述的天線防護罩，其特征在于該基材為陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線防護罩，其包括基層、對稱附著于該基層相對兩側表面的第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層，該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的設置使得天線防護罩整體的阻抗由自由空間的阻抗逐漸變化到基層阻抗在逐漸變化到自由空間阻抗。本發(fā)明可使得天線防護罩內部的天線在接收和發(fā)射電磁波時，該電磁波經(jīng)過該天線防護罩時不發(fā)生發(fā)射，提高信號質量。
文檔編號H01Q1/42GK102790268SQ20111012770
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權日2011年5月17日
發(fā)明者劉若鵬, 張洋洋, 徐冠雄, 方能輝 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司, 深圳光啟高等理工研究院