一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)包括第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層和十字結(jié)構(gòu)層，第一工字結(jié)構(gòu)層與第二工字結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)相同，十字結(jié)構(gòu)層置于第一工字結(jié)構(gòu)層與第二工字結(jié)構(gòu)層之間；第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層中間為線槽結(jié)構(gòu)，中間的連接部位為方塊貼片電容，貼片電容與金屬部分連接導(dǎo)通。本發(fā)明通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)置，使得天線罩擁有較好的透波性能，并且有較薄的厚度，大幅降低低頻段天線罩的重量，提高了相關(guān)應(yīng)用環(huán)境下的競爭力。并且還能實現(xiàn)頻率選擇的功能，提高天線罩和天線器件系統(tǒng)的隱身性能。
【專利說明】
一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種天線罩，更具體地說，涉及一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]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(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]—般來說，舉例如:波導(dǎo)填充傳統(tǒng)介質(zhì)材料后，由于傳輸波數(shù)的改變，可截至波數(shù)又由波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)尺寸所確定，所以，波導(dǎo)填充介質(zhì)后會產(chǎn)生次高模甚至高次模的干擾。再之，填充介質(zhì)后，由于阻抗的不匹配，將會產(chǎn)生反射波，這在大功率微波系統(tǒng)中尤為明顯。
[0005]用于低頻段工作的天線，為了保護天線不受雨雪、大風(fēng)等惡劣環(huán)境影響其性能，往往需要用天線罩將天線保護起來，由于天線工作在較低頻段，為了保證其透波性能，一般將天線罩厚度設(shè)計為天線工作頻段波長的1/2，如在2.4GHz，天線工作波長約為150mm，天線罩厚度為75_左右，較大的厚度使得天線罩重量很大，導(dǎo)致天線罩有成本較高，重量較大不便于運輸?shù)热秉c。在某些特定的使用環(huán)境下，需要天線罩在擁有較好的透波性能外，還需要天線罩有較輕的重量，傳統(tǒng)天線罩已經(jīng)不適用與這樣的環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，以解決上述問題至少一個方面。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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(jié)構(gòu);所述人造微結(jié)構(gòu)包括第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層和十字結(jié)構(gòu)層，第一工字結(jié)構(gòu)層與第二工字結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)相同，十字結(jié)構(gòu)層置于第一工字結(jié)構(gòu)層與第二工字結(jié)構(gòu)層之間；第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層中間為線槽結(jié)構(gòu)，中間的連接部位為方塊貼片電容，貼片電容與金屬部分連接導(dǎo)通;所述十字結(jié)構(gòu)層為聯(lián)通的正十字結(jié)構(gòu)。
[0008]在本發(fā)明的一些實施方式中，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(jié)構(gòu)。
[0009]在本發(fā)明的一些實施方式中，金屬微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間，多層結(jié)構(gòu)能更好的保護微結(jié)構(gòu)，避免其在外界惡劣條件下腐蝕，確保天線罩的介電性能。
[0010]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述介質(zhì)基材為環(huán)氧樹脂基板，其相對介電常數(shù)3.2，磁導(dǎo)率為1.0損耗角正切為0.008。
[0011]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述金屬微結(jié)構(gòu)為厚度為0.018mm的銅片。
[0012]在本發(fā)明的一些實施方式中，方塊電容貼片電容值為C=1.l*le_12F，方塊貼片電容邊長為0.35mm。
[0013]在本發(fā)明的一些實施方式中，金屬微結(jié)構(gòu)長寬均為6mm，第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層中間的線槽縫隙為0.35mm，十字結(jié)構(gòu)層的十字線寬為2mm。
[0014]在本發(fā)明的一些實施方式中，單層介質(zhì)基材厚度為1.5_，單層金屬微結(jié)構(gòu)厚度為0.018mm，金屬微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間及兩個表面，總厚度為1.5*2+0.018*3 =3.036mmo
[0015]本發(fā)明的有益效果是:基于超材料技術(shù)的天線罩，通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得天線罩擁有較好的透波性能，并且有較薄的厚度，大幅降低低頻段天線罩的重量，提高了相關(guān)應(yīng)用環(huán)境下的競爭力。并且通過超材料設(shè)計還能實現(xiàn)頻率選擇的功能，提高天線罩和天線器件系統(tǒng)的隱身性能。
【附圖說明】
[0016]圖1、圖2是人造微結(jié)構(gòu)單元的示意圖；
[0017]圖3是十字結(jié)構(gòu)層的示意圖；
[0018]圖4是第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層的示意圖；
[0019I圖5、圖6是3*3人造微結(jié)構(gòu)單元的示意圖。
[0020]圖7是超材料低頻頻選結(jié)構(gòu)仿真圖。
【具體實施方式】
[0021 ]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]圖1-圖6中，一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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(jié)構(gòu);所述人造微結(jié)構(gòu)包括第一工字結(jié)構(gòu)層2、第二工字結(jié)構(gòu)層3和十字結(jié)構(gòu)層I，第一工字結(jié)構(gòu)層2與第二工字結(jié)構(gòu)層3結(jié)構(gòu)相同，十字結(jié)構(gòu)層I置于第一工字結(jié)構(gòu)層2與第二工字結(jié)構(gòu)層3之間；第一工字結(jié)構(gòu)層2、第二工字結(jié)構(gòu)層3中間為線槽結(jié)構(gòu)，中間的連接部位為方塊貼片電容4，貼片電容4與金屬部分連接導(dǎo)通;所述十字結(jié)構(gòu)層I為聯(lián)通的正十字結(jié)構(gòu)?；诔牧霞夹g(shù)的天線罩，通過特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得天線罩擁有較好的透波性能，并且有較薄的厚度，大幅降低低頻段天線罩的重量，提高了相關(guān)應(yīng)用環(huán)境下的競爭力。并且通過超材料設(shè)計還能實現(xiàn)頻率選擇的功能，提高天線罩和天線器件系統(tǒng)的隱身性能，在飛機艦船等領(lǐng)域效果顯著。
[0023]在本實施例中，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(jié)構(gòu)。
[0024]在本實施例中，金屬微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間，介質(zhì)基材為環(huán)氧樹脂基板，多層結(jié)構(gòu)能更好的保護微結(jié)構(gòu)，避免其在外界惡劣條件下腐蝕，確保天線罩的介電性能。
[0025]在本實施例中，所述介質(zhì)基材為環(huán)氧樹脂基板，其相對介電常數(shù)3.2，磁導(dǎo)率為1.0損耗角正切為0.008。
[0026]在本實施例中，所述金屬微結(jié)構(gòu)為厚度為0.018mm的銅片。
[0027]在本發(fā)明的一些實施方式中，方塊電容貼片電容4值為C=1.l*le_12F，方塊貼片電容4邊長為0.35mm。
[0028]在本實施例中，金屬微結(jié)構(gòu)長寬均為6mm，第一工字結(jié)構(gòu)層2、第二工字結(jié)構(gòu)層3中間的線槽縫隙為0.35mm，十字結(jié)構(gòu)層I的十字線寬為2mm。單層介質(zhì)基材厚度為1.5mm，單層金屬微結(jié)構(gòu)厚度為0.018mm，金屬微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間及兩個表面，總厚度為1.5*2+0.018*3 = 3.036mm。
[0029]在圖7中，從以上仿真曲線和統(tǒng)計數(shù)據(jù)圖中可以明顯看出，加入超材料微結(jié)構(gòu)后，在低頻段形成了一個頻選帶通區(qū)域，在頻段內(nèi)，天線輻射的電磁波可以良好的穿透天線罩，正常工作，在頻帶外，天線罩表現(xiàn)出抑制的功能，配合良好的外形設(shè)計，可以達到較好的隱身效果。
[0030]并且由于采用了多層匹配結(jié)構(gòu)，使空氣與智能超材料天線罩匹配更好，能夠在
2.4GHz波段有良好的透波率。
[0031 ]本專利通過設(shè)計不同的超材料微結(jié)構(gòu)，通過相關(guān)金屬線涂層的電磁響應(yīng)特征來改變各個空間點的介電常數(shù)，使超材料介質(zhì)填充處的電磁響應(yīng)特征與空氣相近。所以，我們把這種超材料也叫做“固態(tài)空氣”。超材料的引入，減少了微波系統(tǒng)由于引入傳統(tǒng)介質(zhì)后特性阻抗不匹配所引起的衰減，從而減小反射、提高傳輸效率。有效遏制了高次模的干擾，簡化對其進行場分析的計算量，以便人們更加順利地、精確地計算出場分布并順利加以利用。
[0032]在一些應(yīng)用場合，常常會需要微波損耗極小的介質(zhì)材料。例如雷達罩、天線罩;利用介質(zhì)窗片來分隔大氣與微波管的真空系統(tǒng)；分隔大氣與填充等離子體微波管的充氣系統(tǒng);分隔大氣與高壓充氣波導(dǎo)系統(tǒng);在一些水負載中利用密封介質(zhì)片來分隔大氣與水等。采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠滿足上述場合下的需求。
[0033]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，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)明的保護之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)；其特征在于:所述人造微結(jié)構(gòu)包括第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層和十字結(jié)構(gòu)層，第一工字結(jié)構(gòu)層與第二工字結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)相同，十字結(jié)構(gòu)層置于第一工字結(jié)構(gòu)層與第二工字結(jié)構(gòu)層之間；第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層中間為線槽結(jié)構(gòu)，中間的連接部位為方塊貼片電容，貼片電容與金屬部分連接導(dǎo)通;所述十字結(jié)構(gòu)層為聯(lián)通的正十字結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于: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(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于:所述人造微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間，多層結(jié)構(gòu)能更好的保護微結(jié)構(gòu)，避免其在外界惡劣條件下腐蝕，確保天線罩的介電性能。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于:介質(zhì)基材為環(huán)氧樹脂基板，其相對介電常數(shù)3.2，磁導(dǎo)率為1.0損耗角正切為0.008。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于:人造微結(jié)構(gòu)為厚度為0.018mm的銅片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于:方塊電容貼片電容值為C=1.l*le-12F，方塊貼片電容邊長為0.35mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于:人造微結(jié)構(gòu)長寬均為6mm，第一工字結(jié)構(gòu)層、第二工字結(jié)構(gòu)層中間的線槽縫隙為0.35mm，十字結(jié)構(gòu)層的十字線寬為2mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1、3或5所述的一種超薄低通頻選超材料透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于:單層介質(zhì)基材厚度為1.5mm，單層人造微結(jié)構(gòu)厚度為0.018mm，人造微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間及兩個表面，總厚度為1.5*2+0.018*3 = 3.036mm。
【文檔編號】H01Q1/42GK106058457SQ201610316310
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】張嶺
【申請人】武漢市迅捷時代信息技術(shù)有限公司