一種透波超材料天線罩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種透波超材料天線罩，包括超材料；所述超材料包括第一超材料片層和第二超材料片層，每個超材料片層包括基板和在所述基板上陣列排布的多個形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)；所述第一超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)為金屬矩形貼片；所述第二超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)為“田”字形結(jié)構(gòu)，所述“田”字形結(jié)構(gòu)包括方形環(huán)結(jié)構(gòu)和位于方形環(huán)內(nèi)部的“十”字結(jié)構(gòu)。采用本發(fā)明實施例，天線罩的損耗小、透波效率高，而且具有選擇性透波的功能。
【專利說明】一種透波超材料天線罩

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種透波超材料天線罩。

【背景技術(shù)】
[0002]超材料，是一種新型人工合成材料，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(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(gòu)成的。每個超材料單元上的人造微結(jié)構(gòu)可以相同或者不完全相同。人造微結(jié)構(gòu)是由金屬絲組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)，例如組成圓環(huán)形、工字形的金屬絲等。
[0003]由于人造微結(jié)構(gòu)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(gòu)成的超材料對電場和磁場呈現(xiàn)出特殊的響應(yīng)特性；通過對人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可以改變整個超材料的響應(yīng)特性。
[0004]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。
[0005]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(qiáng)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，較難達(dá)到高透波要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實施例提供一種透波超材料天線罩，采用具有周期性陣列排布的多個特定人造微結(jié)構(gòu)的超材料，天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加，還具有選擇性透波的功倉泛。
[0007]本發(fā)明實施例提供一種透波超材料天線罩，其特征在于，包括:超材料；
[0008]所述超材料包括第一超材料片層和第二超材料片層，每個超材料片層包括基板和陣列排布在所述基板上的多個形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)；
[0009]所述第一超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)為金屬矩形貼片；
[0010]所述第二超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)為“田”字形結(jié)構(gòu)，所述“田”字形結(jié)構(gòu)包括方形環(huán)結(jié)構(gòu)和位于方形環(huán)內(nèi)部的“十”字結(jié)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步的，所述金屬矩形貼片的最長邊為1.4mm。
[0012]再進(jìn)一步的，所述基板為FR-4有機(jī)高分子基板或陶瓷基板。
[0013]更進(jìn)一步的，所述基板的厚度為0.10-0.30mm。
[0014]本發(fā)明實施例提供的一種透波超材料天線罩，通過采用具有周期性陣列排布的多個特定人造微結(jié)構(gòu)的超材料，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加。可以通過調(diào)節(jié)人造微結(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)明的透波超材料天線罩的透波效率高、損耗小。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增益，輻射方向性增強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的超材料的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0016]圖2為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖6為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的超材料的電路模擬仿真結(jié)果示意圖；
[0021]圖7為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的超材料與空氣的阻抗匹配示意圖。

【具體實施方式】
[0022]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]參見圖1-5，對本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]參見圖1，為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的超材料的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0025]所述超材料包括第一超材料片層1和第二超材料片層2，第一超材料片層1和第二超材料片層2重合層疊在一起。
[0026]在具體實施當(dāng)中，兩個超材料片層之間通過填充液態(tài)基板原料或者通過組裝相互連接在一起。
[0027]本發(fā)明實施例提供的超材料的形狀為平板狀，在實際設(shè)計時也可以根據(jù)實際需求來設(shè)計天線罩所用超材料的形狀，比如可以設(shè)計成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀等，也不排除使用多個平板狀結(jié)構(gòu)拼接成需要的形狀。
[0028]參見圖2，為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]第一超材料片層1包括基板11和在所述基板上周期性陣列排布的多個形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)12 ；
[0030]所述周期性陣列排布，即以X方向為行、以垂直于X方向的y方向為列地排列，且各行間距、各列間距分別相等，行間距等于列間距均可。
[0031]優(yōu)選的，行間距、列間距不大于所要響應(yīng)的入射電磁波的波長的四分之一，即例如工作環(huán)境是波長為λ的電磁波，需要超材料對此電磁波的電磁特性是呈現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率，則設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)時將上述行間距、列間距選擇不大于四分之一波長。
[0032]在具體實施當(dāng)中，基板11為FR-4有機(jī)高分子基板或陶瓷基板，基板11的厚度為0.10-0.30mm。
[0033]在具體實施當(dāng)中，人造微結(jié)構(gòu)通過蝕刻的方式附著在基板上，當(dāng)然人造微結(jié)構(gòu)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基板。
[0034]參見圖3，為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]第一超材料片層1的人造微結(jié)構(gòu)12為金屬矩形貼片；
[0036]優(yōu)選的，所述金屬矩形貼片的最長邊a為1.4mm。
[0037]具體實施當(dāng)中，所述金屬矩形貼片材質(zhì)可為銅質(zhì)、銀質(zhì)或金質(zhì)。
[0038]參見圖4，為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]第二超材料片層2包括基板21和在所述基板上周期性陣列排布的多個形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)22 ；
[0040]所述周期性陣列排布，即以X方向為行、以垂直于X方向的y方向為列地排列，且各行間距、各列間距分別相等，行間距等于列間距均可。
[0041]優(yōu)選的，行間距、列間距不大于所要響應(yīng)的入射電磁波的波長的四分之一，即例如工作環(huán)境是波長為λ的電磁波，需要超材料對此電磁波的電磁特性是呈現(xiàn)負(fù)磁導(dǎo)率，則設(shè)計人造微結(jié)構(gòu)時將上述行間距、列間距選擇不大于四分之一波長。
[0042]在具體實施當(dāng)中，基板21為FR-4有機(jī)高分子基板或陶瓷基板，基板21的厚度為0.10-0.30mm。
[0043]參見圖5，為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]第二超材料片層2的人造微結(jié)構(gòu)22為“田”字形結(jié)構(gòu)，所述“田”字形結(jié)構(gòu)包括方形環(huán)結(jié)構(gòu)和位于方形環(huán)內(nèi)部的“十”字結(jié)構(gòu)。所述人造微結(jié)構(gòu)22由金屬線構(gòu)成。
[0045]在具體實施當(dāng)中，所述金屬線材質(zhì)可為銅線、銀線或金線。
[0046]參見圖6，為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的超材料的電路模擬仿真結(jié)果示意圖；
[0047]用電路模擬仿真軟件對本發(fā)明實施例提供的超材料制作的天線罩進(jìn)行了仿真。
[0048]基板選擇相對介電常數(shù)為4.3，損耗角正切為0.025的材料。本發(fā)明實施例提供的超材料制作的天線罩在較寬的頻帶內(nèi)的透波性能都很好，例如15?25GHz，特別是19?22GHz范圍內(nèi)，S21參數(shù)的線性值接近于1。
[0049]參見圖7，為本發(fā)明提供的透波超材料天線罩的實施例的超材料與空氣的阻抗匹配示意圖。
[0050]通過三維全波電磁場仿真軟件對本發(fā)明實施例提供的超材料制作的天線罩進(jìn)行了仿真。
[0051]在12-18GHZ頻段內(nèi)的阻抗與空氣匹配極佳，η平均等于1?？梢钥闯觯?9_22GHz時，阻抗Π的實部re (η)接近于1，其虛部im(n)接近于0，當(dāng)頻率為21.99GHz時，阻抗n的實部re (η)為0.9271，與空氣匹配很好。
[0052]本發(fā)明實施例提供的一種透波超材料天線罩，通過采用具有周期性陣列排布的多個特定人造微結(jié)構(gòu)的超材料，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)人造微結(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)明的透波超材料天線罩在19-22G GHz頻帶內(nèi)的透波效率很高，損耗較小，而且具有選擇性透波功能。
[0053]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種透波超材料天線罩，其特征在于，包括:超材料； 所述超材料包括第一超材料片層和第二超材料片層，每個超材料片層包括基板和在所述基板上陣列排布的多個形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)； 所述第一超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)為金屬矩形貼片； 所述第二超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)為“田”字形結(jié)構(gòu)，所述“田”字形結(jié)構(gòu)包括方形環(huán)結(jié)構(gòu)和位于方形環(huán)內(nèi)部的“十”字結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的透波超材料天線罩，其特征在于:所述金屬矩形貼片的最長邊為 1.4mmο
3.如權(quán)利要求1所述的透波超材料天線罩，其特征在于:所述基板為FR-4有機(jī)高分子基板或陶瓷基板。
4.如權(quán)利要求1所述的透波超材料天線罩，其特征在于:所述基板的厚度為.0.10-0.30mm。
【文檔編號】H01Q1/42GK104409846SQ201410705908
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】張永超 申請人:張永超