本發(fā)明涉及天線(xiàn)罩技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超材料天線(xiàn)罩及天線(xiàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
一般情況下，天線(xiàn)系統(tǒng)都會(huì)設(shè)置有天線(xiàn)罩。天線(xiàn)罩的目的是保護(hù)天線(xiàn)系統(tǒng)免受風(fēng)雨、冰雪、沙塵和太陽(yáng)輻射等的影響，使天線(xiàn)系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時(shí)減輕天線(xiàn)系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長(zhǎng)使用壽命。但是天線(xiàn)罩是天線(xiàn)前面的障礙物，對(duì)天線(xiàn)輻射波會(huì)產(chǎn)生吸收和反射，改變天線(xiàn)的自由空間能量分布，并在一定程度上影響天線(xiàn)的電氣性能。目前制備天線(xiàn)罩的材料多采用介電常數(shù)和損耗角正切低、機(jī)械強(qiáng)度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹(shù)脂、高分子聚合物等，材料的介電常數(shù)具有不可調(diào)節(jié)性。結(jié)構(gòu)上多為均勻單壁結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)和空間骨架結(jié)構(gòu)等，罩壁厚度的設(shè)計(jì)需兼顧工作波長(zhǎng)、天線(xiàn)罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結(jié)構(gòu)上的性能等因素，較難達(dá)到高透波要求，即使在保證高透射率的條件下也不具備選擇性透波功能。而且，天線(xiàn)罩的工作頻段較窄，在不同的頻段需求下需要更換天線(xiàn)罩，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)使用，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)以及設(shè)備成本的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的天線(xiàn)罩透波性能較差、工作頻段較窄，不具備選擇性透波的缺陷，提供一種超材料天線(xiàn)罩及天線(xiàn)系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，提出一種超材料天線(xiàn)罩，其包括至少一個(gè)超材料片層，每一超材料片層包括第一基板以及周期排布于所述第一基板上的多個(gè)尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)包括過(guò)中點(diǎn)垂直相交的兩條第一金屬分支，每條所述第一金屬分支兩端均設(shè)置有第一矩形金屬，所述第一金屬分支端點(diǎn)垂直設(shè)置于與其相接的所述第一矩形金屬的一條長(zhǎng)邊中點(diǎn)，第二金屬分支一端垂直設(shè)置于所述第一矩形金屬的另一條長(zhǎng)邊中點(diǎn)，所述第二金屬分支另一端垂直設(shè)置于第二矩形金屬的長(zhǎng)邊中點(diǎn)。進(jìn)一步地，所述第一基板劃分為多個(gè)超材料單元，每一超材料單元上排布有一個(gè)所述人造微結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，所述每一超材料單元的長(zhǎng)和寬均為5至6毫米，所述人造微結(jié)構(gòu)于所述超材料單元的邊界之間的距離為0.1至0.2毫米。進(jìn)一步地，所述第一矩形金屬和所述第二矩形金屬的長(zhǎng)寬相同。進(jìn)一步地，所述第一矩形金屬和所述第二矩形金屬的長(zhǎng)為0.8至1.0毫米，寬為0.3毫米。進(jìn)一步地，所述第二金屬分支長(zhǎng)度為0.1至0.2毫米。進(jìn)一步地，所述第一金屬分支、所述第二金屬分支、所述第一矩形金屬和所述第二矩形金屬的線(xiàn)寬為0.1毫米，厚度為0.018毫米。進(jìn)一步地，所述每一超材料片層還包括覆蓋于所述多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)上的第二基板。進(jìn)一步地，所述第一基板和所述第二基板材質(zhì)相同，所述第一基板和所述第二基板由ABS、FR-4或F4B材料制成。本發(fā)明還提供一種天線(xiàn)系統(tǒng)，其包括天線(xiàn)本體以及上述超材料天線(xiàn)罩，所述超材料天線(xiàn)罩與天線(xiàn)本體間隔預(yù)設(shè)距離。。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果：通過(guò)在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線(xiàn)罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來(lái)改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統(tǒng)天線(xiàn)罩設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料厚度和介電常數(shù)的限制。而且本發(fā)明的天線(xiàn)罩的工作頻帶在14.3-26.3GHz之間，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高，損耗較小。在此頻帶以外具有帶阻特性，可實(shí)現(xiàn)選擇性濾波。附圖說(shuō)明圖1為構(gòu)成超材料的基本單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超材料天線(xiàn)罩的一個(gè)超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為由多個(gè)圖2所示的超材料片層堆疊形成超材料天線(xiàn)罩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為人造微結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明超材料天線(xiàn)罩的阻抗匹配仿真示意圖；圖6為本發(fā)明超材料天線(xiàn)罩S參數(shù)分貝值的仿真結(jié)果示意圖；圖7為圖6所示仿真結(jié)果示意圖中13-36GHZ區(qū)間內(nèi)的放大圖。具體實(shí)施方式光，作為電磁波的一種，其在穿過(guò)玻璃的時(shí)候，因?yàn)楣饩€(xiàn)的波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于原子的尺寸，因此我們可以用玻璃的整體參數(shù)，例如折射率，而不是組成玻璃的原子的細(xì)節(jié)參數(shù)來(lái)描述玻璃對(duì)光線(xiàn)的響應(yīng)。相應(yīng)的，在研究材料對(duì)其他電磁波響應(yīng)的時(shí)候，材料中任何尺度遠(yuǎn)小于電磁波波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)對(duì)電磁波的響應(yīng)也可以用材料的整體參數(shù)，例如介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ來(lái)描述。通過(guò)設(shè)計(jì)材料每點(diǎn)的結(jié)構(gòu)使得材料各點(diǎn)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都相同或者不同從而使得材料整體的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率呈一定規(guī)律排布，規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)即可使得材料對(duì)電磁波具有宏觀(guān)上的響應(yīng)，例如匯聚電磁波、發(fā)散電磁波、透射電磁波、吸收電磁波等。該類(lèi)具有規(guī)律排布的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)的材料我們稱(chēng)之為超材料。如圖1所示，圖1為構(gòu)成超材料的基本單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。超材料的基本單元包括人造微結(jié)構(gòu)2以及該人造微結(jié)構(gòu)附著的第一基板1。本發(fā)明中，人造微結(jié)構(gòu)為人造金屬微結(jié)構(gòu)，人造金屬微結(jié)構(gòu)具有能對(duì)入射電磁波電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)產(chǎn)生響應(yīng)的平面或立體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，改變每個(gè)超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)的圖案和/或尺寸即可改變每個(gè)超材料基本單元對(duì)入射電磁波的響應(yīng)。本發(fā)明中，人造微結(jié)構(gòu)2上還覆蓋有第二基板3，第二基板3、人造微結(jié)構(gòu)2以及第一基板1構(gòu)成超材料的基本單元。多個(gè)超材料基本單元按一定規(guī)律排列即可使得超材料對(duì)電磁波具有宏觀(guān)的響應(yīng)。由于超材料整體需對(duì)入射電磁波有宏觀(guān)電磁響應(yīng)因此各個(gè)超材料基本單元對(duì)入射電磁波的響應(yīng)需形成連續(xù)響應(yīng)，這要求每一超材料基本單元的尺寸小于入射電磁波波長(zhǎng)的五分之一，優(yōu)選為入射電磁波波長(zhǎng)的十分之一。本段描述中，我們?nèi)藶榈膶⒊牧险w劃分為多個(gè)超材料基本單元，但應(yīng)知此種劃分方法僅為描述方便，不應(yīng)看成超材料由多個(gè)超材料基本單元拼接或組裝而成，實(shí)際應(yīng)用中超材料是將人造金屬微結(jié)構(gòu)周期排布于基材上即可構(gòu)成，工藝簡(jiǎn)單且成本低廉。周期排布即指上述我們?nèi)藶閯澐值母鱾€(gè)超材料基本單元上的人造金屬微結(jié)構(gòu)能對(duì)入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的電磁響應(yīng)。本發(fā)明利用上述超材料原理設(shè)計(jì)超材料天線(xiàn)罩，其通過(guò)設(shè)計(jì)人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D案和/或人造微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D案的尺寸，一方面使得天線(xiàn)罩整體的阻抗與空氣匹配而使得天線(xiàn)的損耗減小，另一方面也使得天線(xiàn)罩在較寬頻段內(nèi)具有良好的透射性能，對(duì)其他頻段電磁波具有濾波性能。如圖2和圖3所示，本發(fā)明超材料天線(xiàn)罩至少包括一個(gè)超材料片層10，每個(gè)超材料片層10包括相對(duì)設(shè)置的基板100以及周期排布于兩基板之間的的人造微結(jié)構(gòu)200。當(dāng)天線(xiàn)罩由多個(gè)超材料片層10構(gòu)成時(shí)，各個(gè)超材料片層10沿垂直于片層的方向疊加，并通過(guò)機(jī)械連接、焊接或粘合的方式組裝成一體，如圖3所示。通常，在能夠滿(mǎn)足性能的情況下，一個(gè)超材料片層就可以作為超材料天線(xiàn)罩來(lái)使用。周期排布的人造微結(jié)構(gòu)所在平面與電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向平行，與入射電磁波傳播方向垂直。超材料片層10可劃分為多個(gè)超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。如圖4所示，圖4為本發(fā)明超材料單元的平面示意圖。每一超材料單元的長(zhǎng)和寬均為5至6mm，人造微結(jié)構(gòu)200與超材料單元的邊界之間的距離L1為0.1至0.2毫米。每一人造微結(jié)構(gòu)200包括過(guò)中點(diǎn)垂直相交的兩條第一金屬分支201，每條第一金屬分支201兩端均設(shè)置有第一矩形金屬202，第一金屬分支201的端點(diǎn)垂直設(shè)置于與其相接的第一矩形金屬202的一條長(zhǎng)邊中點(diǎn)，第二金屬分支203一端垂直設(shè)置于第一矩形金屬202的另一條長(zhǎng)邊中點(diǎn)，第二金屬分支203另一端垂直設(shè)置于第二矩形金屬204的長(zhǎng)邊中點(diǎn)。第一矩形金屬202與第二矩形金屬204的長(zhǎng)、寬均相等。優(yōu)選地，第一矩形金屬202與第二矩形金屬204的長(zhǎng)LL為0.8至1.0毫米，寬LW為0.3毫米，第二金屬分支203的長(zhǎng)度L2為0.1至0.2毫米。第一金屬分支、第二金屬分支、第一矩形金屬以及第二矩形金屬的線(xiàn)寬均為0.1毫米，厚度均為0.018毫米。上述的數(shù)值僅為示例，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)確定了人造微結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D案后，可根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用頻率范圍、應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)調(diào)整各金屬分支和各矩形金屬的數(shù)值范圍。在本發(fā)明一實(shí)施例中，基板100可采用F4B、FR4復(fù)合材料或ABS樹(shù)脂制得。相對(duì)的兩塊基板100之間通過(guò)填充液態(tài)基板原料或者通過(guò)組裝相互連接在一起。人造微結(jié)構(gòu)200通過(guò)蝕刻的方式附著在兩塊基板100相互接觸的表面的任一表面上，當(dāng)然人造微結(jié)構(gòu)200也可以采用電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在兩塊基板100相互接觸的表面的任一表面上?；?00也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。人造微結(jié)構(gòu)200采用銅線(xiàn)制成，當(dāng)然也可以采用銀線(xiàn)、ITO、石墨或者碳納米管等導(dǎo)電材料制成。附圖中示意的天線(xiàn)罩的形狀為平板狀，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)設(shè)計(jì)天線(xiàn)罩的形狀，比如可以設(shè)計(jì)成圓球狀或者與天線(xiàn)形狀匹配的形狀(共形的天線(xiàn)罩)等，本發(fā)明對(duì)此不作限制。對(duì)本發(fā)明超材料天線(xiàn)罩進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試其阻抗匹配特性、透射特性和反射特性。如圖5所示，圖5為本發(fā)明超材料天線(xiàn)罩的阻抗匹配仿真示意圖。從圖5可以看出在15GHZ至35GHZ區(qū)段，超材料天線(xiàn)罩的阻抗值接近于1，即基本上與空氣達(dá)到阻抗匹配的效果。請(qǐng)參照?qǐng)D6、圖7，圖6為本發(fā)明超材料天線(xiàn)罩S參數(shù)分貝值的仿真結(jié)果示意圖，圖7為圖6所示仿真結(jié)果示意圖的13-36GHZ區(qū)間內(nèi)的放大圖。從圖6可以看出，在8.8GHZ左右處，其反射系數(shù)S11最大，透射系數(shù)S21最小，可達(dá)到濾除8.8GHZ電磁波的效果。而從圖7的放大圖可以看出，在14.3GHZ至26.3GHZ區(qū)段，本發(fā)明超材料天線(xiàn)罩的透射系數(shù)S21均能達(dá)到大于-0.1dB，具有很好的透波性能，且透波帶寬達(dá)到12GHZ以上，具有很好的寬頻透波效果。本發(fā)明可通過(guò)改變?nèi)嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的尺寸來(lái)調(diào)節(jié)透波和濾波頻帶及其帶寬，從而適用不同的應(yīng)用場(chǎng)合。本發(fā)明通過(guò)在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線(xiàn)罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加。可以通過(guò)調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來(lái)改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統(tǒng)天線(xiàn)罩設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料厚度和介電常數(shù)的限制。而且本發(fā)明的天線(xiàn)罩的工作頻帶在14.3-26.3GHz之間，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高，損耗較小。在此頻帶以外具有帶阻特性，可實(shí)現(xiàn)選擇性濾波。本發(fā)明還提供一種天線(xiàn)系統(tǒng)，包括天線(xiàn)本體以及上述超材料天線(xiàn)罩，所述超材料天線(xiàn)罩與天線(xiàn)本體間隔預(yù)設(shè)距離。優(yōu)選地，所述超材料天線(xiàn)罩與所述天線(xiàn)本體之間距離為天線(xiàn)本體響應(yīng)電磁波波長(zhǎng)的四分之一。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明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)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。