專利名稱：雙通帶透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線罩，更具體地說，涉及雙通帶透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般情況下，天線系統(tǒng)都會設(shè)置有天線罩。天線罩的目的是保護(hù)天線系統(tǒng)免受風(fēng)雨、冰雪、沙塵和太陽輻射等的影響，使天線系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時減輕天線系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長使用壽命。但是天線罩是天線前面的障礙物，對天線輻射波會產(chǎn)生吸收和反射，改變天線的自由空間能量分布，并在一定程度上影響天線的電氣性能。

目前制備天線罩的材料多采用介電常數(shù)和損耗角正切低、機(jī)械強度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹脂、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)計需兼顧工作波長、天線罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結(jié)構(gòu)上的性能等因素，在保護(hù)天線免受外部環(huán)境影響的條件下不具備增強天線方向性和提高天線增益的功能，透波性能較差。而且，天線罩的工作頻段較窄且工作頻段單一，在不同的頻段需求以及多頻段需求下需要更換天線罩，無法實現(xiàn)資源的重復(fù)使用，導(dǎo)致資源的浪費以及設(shè)備成本的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述透波性能較差、工作頻段較窄且無法滿足多頻段需求的缺陷，提供雙通帶透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種雙通帶透波材料，包括由非金屬材料制成的第一基板和第二基板，以及夾設(shè)在第一基板和第二基板之間且排布成網(wǎng)格狀的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)，相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)之間無間隙，且所述第一金屬微結(jié)構(gòu)為十字形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的雙通帶透波材料中，所述雙通帶透波材料還包括覆蓋于所述第一基板外表面的多個陣列排布的第二金屬微結(jié)構(gòu)和覆蓋于所述第二基板外表面的多個陣列排布的第三金屬微結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的雙通帶透波材料中，所述第二金屬微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片。在本發(fā)明所述的雙通帶透波材料中，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片。在本發(fā)明所述的雙通帶透波材料中，所述雪花型槽結(jié)構(gòu)包括十字形槽結(jié)構(gòu)以及分別設(shè)置在所述十字形槽結(jié)構(gòu)的四個端點上的四個一字形槽結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的雙通帶透波材料中，所述十字形槽結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構(gòu)成；所述一字形槽的槽長為2. I 2. 6mm,槽寬為0. 24 0. 27mm。在本發(fā)明所述的雙通帶透波材料中，所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽長為I. 9 2. 5_，槽寬為 0. 24 0. 27mm。
在本發(fā)明所述的雙通帶透波材料中，相鄰雪花型槽結(jié)構(gòu)之間的距離為3. 36
3.92mm。本發(fā)明還提供一種天線罩，用于罩設(shè)在天線上，包括如上所述的雙頻帶通透波材料。本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線以及如上所述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線上。實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果通過在基板上附著特定形狀的金屬微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得天線罩的透波性能增強，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)金屬微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實現(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)天線罩設(shè)計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的雙通帶透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)可工作在兩個頻段內(nèi)，在此兩個頻段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明一實施例的雙通帶透波材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明一實施例的第一金屬微結(jié)構(gòu)的排布不意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明一實施例的單個第一金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明一實施例的第二金屬微結(jié)構(gòu)在第一基板外表面的排布不意圖；圖5是圖4所示的相鄰兩個第二金屬微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；圖6是圖4所示的雪花型槽結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明一實施例的第三金屬微結(jié)構(gòu)在第二基板外表面的排布示意圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明一實施例的雙通帶透波材料的S參數(shù)仿真示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種雙頻帶通透波材料，如圖I所示，包括由非金屬材料制成的第一基板10和第二基板20，以及夾設(shè)在第一基板10和第二基板20之間且排布成網(wǎng)格狀的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)31?？梢岳斫獾氖牵f明書附圖中示出的金屬微結(jié)構(gòu)的數(shù)目僅為示意，用于說明金屬微結(jié)構(gòu)之間的排布情況，不作為對本發(fā)明的限制。制造基板的材料有多種選擇，例如陶瓷、FR4、F4B (聚四氟乙烯)、HDPE (高密度聚乙烯，High Density Polyethylene)、ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)、鐵電材料、或者鐵磁材料等。第一基板10、第二基板20優(yōu)選介電常數(shù)為3. 4，損耗角正切為0. 0028的材料。第一金屬微結(jié)構(gòu)31為導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖案的平面結(jié)構(gòu)。這里的導(dǎo)電材料，可以是金、銀、銅等導(dǎo)電性能良好的金屬材料，或者主要成分為金、銀、銅中的一種或兩種的合金材料，也可以是碳納米管、摻鋁氧化鋅、銦錫氧化物等可以導(dǎo)電的非金屬材料。本發(fā)明中，優(yōu)選銅或銀。第一基板10、第二基板20的厚度為0. 5 I. 5mm。第一金屬微結(jié)構(gòu)31的具體幾何形狀圖案見圖2和圖3所示，相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)31之間無間隙，且第一金屬微結(jié)構(gòu)31為十字形結(jié)構(gòu)。十字形結(jié)構(gòu)是由兩條尺寸相同且相互垂直的金屬線構(gòu)成，金屬線的長度a=6. 5mm,線寬b=3. 1mm。在本發(fā)明一實施例中，雙通帶透波材料還包括覆蓋于第一基板10外表面的多個陣列排布的第二金屬微結(jié)構(gòu)32和覆蓋于第二基板20外表面的多個陣列排布的第三金屬微結(jié)構(gòu)33。如圖4、5所示，第二金屬微結(jié)構(gòu)32為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)321的方形貼片。在本發(fā)明一實施例中，方形貼片為正方形貼片，方形貼片的邊長c=6. 24_，相鄰方形貼片之間的間距 wl=0. 52mm。雪花型槽結(jié)構(gòu)321的具體形狀如圖6所示，雪花型槽結(jié)構(gòu)321包括十字形槽結(jié)構(gòu)A以及分別設(shè)置在十字形槽結(jié)構(gòu)A的四個端點上的四個一字形槽結(jié)構(gòu)B。十字形槽結(jié)構(gòu)A由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構(gòu)成。在本發(fā)明一實施例中，一字形槽的槽長e為
2.I 2. 6mm,槽寬w2為0. 24 0. 27mm。一字形槽結(jié)構(gòu)B的槽長d為I. 9 2. 5mm,槽寬w2為0. 24 0. 27mm。兩相鄰方形貼片上的雪花型槽結(jié)構(gòu)321之間的距離為3. 36 3. 92mm。

在本發(fā)明一實施例中，覆蓋于第二基板20外表面的多個陣列排布的第三金屬微結(jié)構(gòu)33也為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片，第三金屬微結(jié)構(gòu)33與第二金屬微結(jié)構(gòu)32的形狀和尺寸相同。第三金屬微結(jié)構(gòu)33在第二基板20外表面的排布規(guī)律見圖7。下面將結(jié)合具體實施例來說明本發(fā)明的雙通帶透波材料的應(yīng)用效果。在一實施例中，第一金屬微結(jié)構(gòu)31為十字形結(jié)構(gòu)，由兩條尺寸相同且相互垂直的金屬線構(gòu)成，金屬線的長度a=6. 5mm,線寬b=3. 1mm。第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)32、33均為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)321的方形貼片，方形貼片的邊長相等，邊長c=6. 24mm，相鄰方形貼片之間的間距wl=0. 26mm。雪花型槽結(jié)構(gòu)321的槽寬w2=0. 26mm, 一字形槽的槽長e=2. 48mm, 一字形槽結(jié)構(gòu)B的槽長d為2.34mm。在本發(fā)明一實施例中，第一基板10和第二基板20由聚四氟乙烯(F4B)制得。第一金屬微結(jié)構(gòu)31和第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)32、33由銅制成。第一基板10、第二基板20的介電常數(shù)為3. 4，損耗角正切為0.0028。第一基板10、第二基板20的厚度為0. 65mm，金屬微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 018mm。上述參數(shù)僅為一實例，并不作為對本發(fā)明的限制。第一基板10和第二基板20之間通過填充液態(tài)基板原料或者通過組裝相互連接在一起。金屬微結(jié)構(gòu)31、32、33通過蝕刻的方式附著在基板上，當(dāng)然金屬微結(jié)構(gòu)31、32、33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第一基板10或第二基板20上。第一基板10和第二基板20也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、HIPS(耐沖擊性聚苯乙烯，High impact polystyrene)材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。對具有上述參數(shù)的雙通帶透波材料進(jìn)行仿真，其S參數(shù)仿真圖如圖8所示。由圖8可以看到，在0 25GHz范圍內(nèi)出現(xiàn)了兩個通帶，且每一通帶內(nèi)S21很高，透波效果很好。而在其它頻段S21參數(shù)很小，而反射系數(shù)很大，具有濾波作用。在實際應(yīng)用時，通過調(diào)節(jié)第一、第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，可以改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而兩個通帶向高頻或低頻移動，或者改變帶寬。雙頻帶通透波材料也可以采用多層基板，比如包括3層基板，相鄰基板間均設(shè)有上述排布的金屬微結(jié)構(gòu)。同樣能夠達(dá)到雙通帶的效果。這種性能可以用在對電磁波的通與阻有特殊要求的應(yīng)用場合。因此，本發(fā)明還提供一種天線罩，該天線罩由上文所述的雙通帶透波材料制成，用于罩設(shè)于在天線上，對天線起到保護(hù)作用的同時，還能夠保證天線在工作頻段正常工作，屏蔽掉不相關(guān)頻段，排除干擾。
需要說明的是，天線罩的形狀可以為與附圖中的雙通帶透波材料形狀相同的平板狀，也可以根據(jù)實際需求來設(shè)計天線罩的形狀，比如設(shè)計成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀(共形的天線罩)等，也不排除使用多個平板狀結(jié)構(gòu)拼接成需要的形狀，本發(fā)明對此不作限制。本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線，以及如上文所述的天線罩，天線罩罩設(shè)于天線上。天線包括輻射源、饋電單元等，具體構(gòu)成可參閱相關(guān)技術(shù)資料，本發(fā)明對此不作限制。天線本體可以是例如但不限于平板天線、微波天線、雷達(dá)天線等。本發(fā)明的雙通帶透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)可工作在兩個頻段內(nèi)，在此兩個頻段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán) 境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
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)。
權(quán)利要求
1.一種雙通帶透波材料，其特征在于，包括由非金屬材料制成的第一基板和第二基板，以及夾設(shè)在第一基板和第二基板之間且排布成網(wǎng)格狀的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)，相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)之間無間隙，且所述第一金屬微結(jié)構(gòu)為十字形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙通帶透波材料，其特征在于，所述雙通帶透波材料還包括覆蓋于所述第一基板外表面的多個陣列排布的第二金屬微結(jié)構(gòu)和覆蓋于所述第二基板外表面的多個陣列排布的第三金屬微結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙通帶透波材料，其特征在于，所述第二金屬微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙通帶透波材料，其特征在于，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的雙通帶透波材料，其特征在于，所述雪花型槽結(jié)構(gòu)包括十字形槽結(jié)構(gòu)以及分別設(shè)置在所述十字形槽結(jié)構(gòu)的四個端點上的四個一字形槽結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙通帶透波材料，其特征在于，所述十字形槽結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構(gòu)成；所述一字形槽的槽長為2. I 2. 6mm,槽寬為O. 24 0.27mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙通帶透波材料，其特征在于，所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽長為1.9 2. 5mm,槽寬為 O. 24 O. 27mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙通帶透波材料，其特征在于，相鄰雪花型槽結(jié)構(gòu)之間的距離為 3. 36 3. 92mm。
9.一種天線罩，其特征在于，用于罩設(shè)在天線上，包括如權(quán)利要求I 8任一項所述的雙通帶透波材料。
10.一種天線系統(tǒng)，其特征在于，包括天線以及如權(quán)利要求9所述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線上。
全文摘要
本發(fā)明涉及雙通帶透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。雙通帶透波材料包括由非金屬材料制成的第一基板和第二基板，以及夾設(shè)在第一基板和第二基板之間且排布成網(wǎng)格狀的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)，相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)之間無間隙，且所述第一金屬微結(jié)構(gòu)為十字形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種天線罩和天線系統(tǒng)。本發(fā)明的雙通帶透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)可工作在兩個頻段內(nèi)，在此兩個頻段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。
文檔編號H01P1/203GK102769160SQ20121022205
公開日2012年11月7日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者付少麗, 劉若鵬, 方小偉, 王海蓮, 趙治亞 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司