專利名稱：具有濾波功能的超材料天線罩的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及天線罩，更具體地說，涉及具有濾波功能的超材料天線罩。
技術背景 超材料，俗稱超材料，是一種新型人工合成材料，是由非金屬材料制成的基板和附著在基板表面上或嵌入在基板內(nèi)部的多個人造微結構構成的?；蹇梢蕴摂M地劃分為矩形陣列排布的多個基板單元，每個基板單元上附著有人造微結構，從而形成一個超材料單元，整個超材料是由很多這樣的超材料單元組成的，就像晶體是由無數(shù)的晶格按照一定的排布構成的。每個超材料單元上的人造微結構可以相同或者不完全相同。人造微結構是由金屬絲組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結構，例如組成圓環(huán)形、工字形的金屬絲等。由于人造微結構的存在，每個超材料單元具有不同于基板本身的電磁特性，因此所有的超材料單元構成的超材料對電場和磁場呈現(xiàn)出特殊的響應特性；通過對人造微結構設計不同的具體結構和形狀，可以改變整個超材料的響應特性。一般情況下，天線系統(tǒng)都會設置有天線罩。天線罩的目的是保護天線系統(tǒng)免受風雨、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。結構上多為均勻單壁結構、夾層結構和空間骨架結構等，罩壁厚度的設計需兼顧工作波長、天線罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結構上的性能等因素，較難達到高透波要求，即使在保證高透射率的條件下也不具備選擇性透波功能。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述透波性能較差，不具備選擇性透波的缺陷，提供一種具有濾波功能的超材料天線罩。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種具有濾波功能的超材料天線罩，包括至少一個超材料片層，每一超材料片層包括第一基板和陣列排布在所述第一基板上的多個人造微結構；每一人造微結構包括口字形結構和十字形結構，所述口字形結構的四個拐角處分別開設一缺口，且每一缺口處設置一開口向外的U形結構；所述十字形結構的四個端點與所述口字形結構的四個邊長的中點重合。在本實用新型所述的超材料天線罩中，每一超材料片層還包括覆蓋于所述多個人造微結構上的第二基板。在本實用新型所述的超材料天線罩中，所述超材料片層中的第一基板可劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個所述人造微結構。在本實用新型所述的寬頻帶超材料天線罩中，每一超材料單元的長和寬均為19mm。在本實用新型所述的超材料天線罩中，所述口字形結構由四根尺寸相同的金屬絲構成，相鄰的兩根金屬絲相互垂直，相對的兩根金屬絲相互平行。在本實用新型所述的超材料天線罩中，每一金屬絲的寬度為O. 2mm，相對的兩根金屬絲之間的距離為15. 8mm。在本實用新型所述的超材料天線罩中，任一 U形結構繞所述口字形結構的中心順時針旋轉90度后與順時針方向的相鄰U形結構重合。在本實用新型所述的超材料天線罩中，所述口字形結構的兩個相對拐角上的U形結構關于所述口字形結構的中心對稱。
在本實用新型所述的超材料天線罩中，任一 U形結構包括兩個尺寸相同且相互平行的金屬邊以及連接所述兩個金屬邊的底邊，其中所述金屬邊和底邊的寬度均為O. 2mm，所述金屬邊的長度為3mm,所述底邊的長度為1mm。在本實用新型所述的超材料天線罩中，所述十字形結構的寬度為O. 2mm，長度為15. 8mmο實施本實用新型的技術方案，具有以下有益效果通過在基板上附著特定形狀的人造微結構，得到需要的電磁響應，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)人造微結構的形狀、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)天線罩設計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。而且本實用新型的天線罩的工作頻帶在
6.82-17. 53GHz之間，帶寬超過10GHz，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高，在5GHz和22. 5GHz附近具有帶阻特性，可實現(xiàn)選擇性濾波。

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖I是依據(jù)本實用新型一實施例的具有濾波功能的超材料天線罩的一個超材料片層的結構示意圖；圖2是由多個圖I所示的超材料片層堆疊形成的超材料天線罩的結構示意圖；圖3是依據(jù)本實用新型一實施例的超材料片層的結構示意圖；圖4是人造微結構的示意圖；圖5是具有濾波功能的超材料天線罩的S參數(shù)示意圖。
具體實施方式
超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構材料，通過對微結構的有序排列，可以改變空間中每點的相對介電常數(shù)和磁導率。超材料可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)普通材料無法具備的折射率、阻抗以及透波性能，從而可以有效控制電磁波的傳播特性。基于人造微結構的超材料天線罩可以通過調(diào)節(jié)人造微結構的形狀、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。并可通過調(diào)節(jié)微結構尺寸進行頻率選擇，根據(jù)需要調(diào)整相應透波和濾波頻率。[0025]本實用新型提供了一種超材料天線罩，包括至少一個超材料片層1，如圖I和圖2所示。每個超材料片層I包括兩個相對設置的基板和附著在兩基板之間的陣列排布的人造微結構。當超材料片層I有多個時，各個超材料片層I沿垂直于片層的方向疊加，并通過機械連接、焊接或粘合的方式組裝成一體，如圖2所示。通常，在能夠滿足性能的情況下，一個超材料片層就可以作為超材料天線罩來使用。陣列排布的人造微結構所在平面與電磁波的電場和磁場方向平行，與入射電磁波傳播方向垂直。超材料片層I中的第一基板10可劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個人造微結構。 圖3示出了超材料片層的結構示意圖(透視圖)。超材料片層I包括兩塊相同的均勻等厚的片狀基板相對設置的第一基板10和第二基板20，所述第一基板10的面向第二基板20的表面上附著有陣列排布的人造微結構30。超材料片層I可劃分為多個超材料單兀，其中每一超材料單兀上排布有一個所述人造微結構。在本實用新型一實施例中，每一超材料單元的長和寬為b = 19_。這里以兩個基板為例進行說明，但是在實際設計時，也可以僅采用第一基板，而人造微結構陣列排布在第一基板10上，同樣能夠達到本實用新型的目的。如圖4所示，每一人造微結構30包括口字形結構m和十字形結構p，口字形結構m的四個拐角處分別開設一缺口，且每一缺口處設置一開口向外的U形結構η。十字形結構P的四個端點與口字形結構m的四個邊長的中點重合?？谧中谓Y構由四根尺寸相同的金屬絲m構成,相鄰的兩個金屬絲相互垂直,相對的兩個金屬絲相互平行。每一金屬絲的寬度為f=O. 2mm,相對的兩個金屬絲之間的距離為a = 15. 8mm。十字形結構p由兩根相互垂直的金屬絲構成，金屬絲的寬度均為O. 2mm,長度為15.8mm。每一人造微結構30所在的超材料單元的長和寬為b = 19mm。U形結構η與口字形結構m的端點無縫連接。任一 U形結構η繞口字形結構的中心順時針旋轉90度后與順時針方向的相鄰U形結構重合?？谧中谓Y構的兩個相對拐角上的U形結構η關于口字形結構的中心O對稱。任一U形結構η包括兩個尺寸相同且相互平行的金屬邊以及連接兩個金屬邊的底邊，其中金屬邊和底邊的寬度均為O. 2mm，金屬邊的長度為c = 3mm，底邊的長度為w = 1mm。第一基板10和第二基板20的厚度均為2mm,人造微結構的厚度為O. 018mm。此處的數(shù)值僅為示例，在實際應用中，可以依據(jù)實際需求進行調(diào)整，本實用新型對此不作限制。在本實用新型一實施例中，第一基板10和第二基板20由F4B或FR4復合材料制得。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。人造微結構30通過蝕刻的方式附著在第一基板10上，當然人造微結構30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、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。人造微結構30采用銅線制成，當然也可以采用銀線、ΙΤ0、石墨或者碳納米管等導電材料制成。附圖中示意的天線罩的形狀為平板狀，在實際設計時也可以根據(jù)實際需求來設計天線罩的形狀，比如可以設計成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀(共形的天線罩)等，本實用新型對此不作限制。本實施例的超材料天線罩的S參數(shù)隨頻率變化的示意圖如圖5所示，S21小于
O.IdB的頻段范圍為6. 82-17. 53GHz,頻帶超過IOGHz,具有良好的透波性能。在5GHz和22. 5GHz附近具有帶阻特性，可作為選擇性濾波功能使用。因此本實用新型提供的天線罩在滿足很好的透波性能外還具有濾波功能，這樣在很大程度上降低了天線本身的濾波性能需求，同時也就降低了天線所使用濾波器的成本。本實用新型通過在基板上附著特定形狀的人造微結構，得到需要的電磁響應，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)人造微結構的形狀、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)天線罩設計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。上面結合附圖對本實用新型的實施例進行了描述，但是本實用新型并不局限于上
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，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護之內(nèi)。
權利要求1.一種具有濾波功能的超材料天線罩，其特征在于，包括至少一個超材料片層，每一超材料片層包括第一基板和陣列排布在所述第一基板上的多個人造微結構；每一人造微結構包括口字形結構和十字形結構，所述口字形結構的四個拐角處分別開設一缺口，且每一缺口處設置一開口向外的U形結構；所述十字形結構的四個端點與所述口字形結構的四個邊長的中點重合。
2.根據(jù)權利要求I所述的超材料天線罩，其特征在于，每一超材料片層還包括覆蓋于所述多個人造微結構上的第二基板。
3.根據(jù)權利要求I所述的超材料天線罩，其特征在于，所述超材料片層中的第一基板可劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個所述人造微結構。
4.根據(jù)權利要求2所述的超材料天線罩，其特征在于，每一超材料單元的長和寬均為19mm。
5.根據(jù)權利要求4所述的超材料天線罩，其特征在于，所述口字形結構由四根尺寸相同的金屬絲構成，相鄰的兩根金屬絲相互垂直，相對的兩根金屬絲相互平行。
6.根據(jù)權利要求5所述的超材料天線罩，其特征在于，每一金屬絲的寬度為O.2mm，相對的兩根金屬絲之間的距離為15. 8mm。
7.根據(jù)權利要求I所述的超材料天線罩，其特征在于，任一U形結構繞所述口字形結構的中心順時針旋轉90度后與順時針方向的相鄰U形結構重合。
8.根據(jù)權利要求7所述的超材料天線罩，其特征在于，所述口字形結構的兩個相對拐角上的U形結構關于所述口字形結構的中心對稱。
9.根據(jù)權利要求8所述的超材料天線罩，其特征在于，任一U形結構包括兩個尺寸相同且相互平行的金屬邊以及連接所述兩個金屬邊的底邊，其中所述金屬邊和底邊的寬度均為O. 2mm,所述金屬邊的長度為3mm,所述底邊的長度為1mm。
10.根據(jù)權利要求I所述的超材料天線罩，其特征在于，所述十字形結構的寬度為O. 2mm,長度為 15. 8mm。
專利摘要本實用新型涉及具有濾波功能的超材料天線罩，包括至少一個超材料片層，每一超材料片層包括第一基板和陣列排布在所述第一基板上的多個人造微結構；每一人造微結構包括口字形結構和十字形結構，所述口字形結構的四個拐角處分別開設一缺口，且每一缺口處設置一開口向外的U形結構；所述十字形結構的四個端點與所述口字形結構的四個邊長的中點重合。本實用新型提供的天線罩在滿足很好的透波性能外還具有濾波功能，而且本實用新型的天線罩的工作頻帶在6.82-17.53GHz之間，帶寬超過10GHz，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高，在5GHz和22.5GHz附近具有帶阻特性，可實現(xiàn)選擇性濾波。
文檔編號H01Q15/12GK202487767SQ20122007269
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權日2012年2月29日
發(fā)明者劉若鵬, 方小偉, 楊樹坤, 王海蓮, 趙治亞 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司