雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統的製作方法
2023-05-30 08:24:11 3
專利名稱：雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及天線罩，更具體地說，涉及雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統。
背景技術：
一般情況下，天線系統都會設置有天線罩。天線罩的目的是保護天線系統免受風雨、冰雪、沙塵和太陽輻射等的影響，使天線系統工作性能比較穩定、可靠。同時減輕天線系統的磨損、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，對天線輻射波會產生吸收和反射，改變天線的自由空間能量分布，並在一定程度上影響天線的電氣性能。目前製備天線罩的材料多採用介電常數和損耗角正切低、機械強度高的材料，如玻璃鋼、環氧樹脂、高分子聚合物等，材料的介電常數具有不可調節性。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、環境條件、所用材料在電氣和結構上的性能等因素，在保護天線免受外部環境影響的條 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，無法實現資源的重複使用，導致資源的浪費以及設備成本的提高。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術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，提供一種雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種雙頻帶通透波材料，包括至少一個由非金屬材料製成的第一基板以及附著在第一基板上且陣列排布的多個人造微結構，所述人造微結構包括傾斜預設角度的十字形結構、以及分別與所述十字形結構的四條分支垂直相交的一字形結構。在本發明所述的雙頻帶通透波材料中，所述預設角度為3(Γ60度。在本發明所述的雙頻帶通透波材料中，所述一字形結構位於對應分支的中心位置。在本發明所述的雙頻帶通透波材料中，所述十字形結構由兩條尺寸相同且垂直平分的金屬絲構成。在本發明所述的雙頻帶通透波材料中，所述十字形結構的金屬絲的長度為12 16mm,寬度為 O. 2mm。在本發明所述的雙頻帶通透波材料中，所述一字形結構由金屬絲構成，金屬絲的長度為3 6mm,寬度為O. 2mm。在本發明所述的雙頻帶通透波材料中，所述雙頻帶通透波材料還包括第二基板，所述人造微結構夾設在第一基板和第二基板之間。在本發明所述的雙頻帶通透波材料中，所述第一基板的厚度為2mm，所述人造微結構的厚度為O. 018mm。
本發明還提供一種天線罩，用於罩設在天線上，包括如上所述的雙頻帶通透波材料。本發明還提供一種天線系統，包括天線以及如上所述的天線罩，所述天線罩罩設於天線上。實施本發明的技術方案，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，使得天線罩的透波性能增強，抗幹擾能力增加。可以通過調節人造微結構的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數、折射率和阻抗，從而實現與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統天線罩設計時對材料厚度和介電常數的限制。本發明的雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統可工作在兩個頻段內，在此兩個頻段內的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除幹擾，保證了天線的良好工作環境。天線加上天線罩後，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖I是依據本發明一實施例的雙頻帶通透波材料的結構示意圖；圖2是依據本發明一實施例的人造微結構的排布示意圖；圖3是依據本發明一實施例的單個人造微結構的示意圖；圖4是依據本發明一實施例的雙頻帶通透波材料的S21參數仿真示意圖。
具體實施例方式本發明提供了一種雙頻帶通透波材料，包括至少一個由非金屬材料製成的第一基板以及附著在第一基板上且陣列排布的多個人造微結構。製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。如圖I所示，本實施例中的雙頻帶通透波材料包括兩層基板，即由非金屬材料製成的第一基板10和第二基板20，以及夾設於第一基板10與第二基板20之間且陣列排布的多個人造微結構30。第一基板10和第二基板20優先選取介電常數為2. 2^4. 3，損耗角正切小於O. 005的材料。人造微結構30為導電材料製成的絲線組成的具有一定幾何圖案的平面結構。這裡的導電材料，可以是金、銀、銅等導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電的非金屬材料。本發明中，優選銅或銀。人造微結構30的具體幾何形狀圖案見圖2和圖3，人造微結構30包括傾斜預設角度的十字形結構31、以及分別與十字形結構31的四條分支垂直相交的一字形結構32。十字形結構31由兩條尺寸相同且垂直平分的金屬絲構成。一字形結構32由一條金屬絲構成。圖示的人造微結構的數目僅為示意，僅用於說明人造微結構之間的排布情況，不作為對本發明的限制。這裡的預設角度可以在3(Γ60度範圍內選擇，優選30度、45度、60度。圖中示出了傾斜的預設角度為45度。一字形結構32與十字形結構31垂直相交，在本發明優選實施例中，每一一字形結構32位於其對應的十字形分支的中心位置，如圖3所示。十字形結構31的金屬絲的長度為寬度wl=0. 2mm。一字形結構32由金屬絲構成,金屬絲的長度為3飛mm,寬度w2=0. 2mm。相鄰的人造微結構30之間的間距為O. I O. 6mm。下面將結合具體實施例來說明本發明的雙頻帶通透波材料的應用效果。在一實施例中，相鄰的人造微結構30之間的間距為O. 4mm,十字形結構31的金屬絲的長度Ll=14mm，寬度wl=0. 2mm。一字形結構32的金屬絲的長度L2=5mm,寬度w2=0. 2mm。金屬絲為金絲、銀絲或銅絲，或者為含有金、銀或銅的合金絲。第一基板10與第二基板20的厚度為2mm，人造微結構30的厚度為O. 018mm。在本發明一實施例中，第一基板10和第二基板20由聚四氟乙烯(F4B)製得。第一基板10和第二基板20之間通過填充液態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也可以採用電鍍、鑽刻、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也可以採用其他材料製成，比如陶瓷、HIPS (耐衝擊性聚苯乙烯，Highimpact polystyrene)材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料製成。人造微結構30採用銅 線製成，當然也可以採用銀線、ΙΤ0、石墨或者碳納米管等導電材料製成。對具有上述參數的雙頻帶通透波材料進行仿真，其S21參數仿真圖如圖4所示。由圖4可以看到，當頻率為7. 4351GHz (頻點1),10. 564GHz (頻點2),15. IlGHz (頻點3)時，S21參數為-ldB。雙頻帶通透波材料在7. Γ10. 5GHz頻帶以及15. f 20GHz頻帶內具有高透波特性，S21參數都大於-ldB，而在其它頻段有濾波作用。在實際應用時，通過調節人造微結構的形狀、尺寸，可以改變材料的相對介電常數、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，滿足不同頻帶需求。雙頻帶通透波材料也可以採用多層基板，比如包括3層基板，相鄰基板間均設有上述排布的人造微結構。同樣能夠達到雙頻帶通的效果。這種性能可以用在對電磁波的通與阻有特殊要求的應用場合。因此，本發明還提供一種天線罩，該天線罩由上文所述的雙頻帶通透波材料製成，用於罩設於在天線上，對天線起到保護作用的同時，還能夠保證天線在工作頻段正常工作，屏蔽掉不相關頻段，排除幹擾。需要說明的是，天線罩的形狀可以為與附圖中的雙頻帶通透波材料形狀相同的平板狀，也可以根據實際需求來設計天線罩的形狀，比如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，也不排除使用多個平板狀結構拼接成需要的形狀，本發明對此不作限制。本發明還提供一種天線系統，包括天線，以及如上文所述的天線罩，天線罩罩設於天線上。天線包括輻射源、饋電單元等，具體構成可參閱相關技術資料，本發明對此不作限制。天線本體可以是例如但不限於平板天線、微波天線、雷達天線等。實施本發明的技術方案，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，使得天線罩的透波性能增強，抗幹擾能力增加。可以通過調節人造微結構的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數、折射率和阻抗，從而實現與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統天線罩設計時對材料厚度和介電常數的限制。本發明的雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統可工作在兩個頻段內，在此兩個頻段內的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除幹擾，保證了天線的良好工作環境。天線加上天線罩後，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於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 在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬於本發明的保護之內。
權利要求
1.一種雙頻帶通透波材料，其特徵在於，包括至少一個由非金屬材料製成的第一基板以及附著在第一基板上且陣列排布的多個人造微結構，所述人造微結構包括傾斜預設角度的十字形結構、以及分別與所述十字形結構的四條分支垂直相交的一字形結構。
2.根據權利要求I所述的雙頻帶通透波材料，其特徵在於，所述預設角度為30飛0度。
3.根據權利要求I或2所述的雙頻帶通透波材料，其特徵在於，所述一字形結構位於對應分支的中心位置。
4.根據權利要求3所述的雙頻帶通透波材料，其特徵在於，所述十字形結構由兩條尺寸相同且垂直平分的金屬絲構成。
5.根據權利要求4所述的雙頻帶通透波材料，其特徵在於，所述十字形結構的金屬絲的長度為12 16mm,寬度為0. 2mm。
6.根據權利要求4所述的雙頻帶通透波材料，其特徵在於，所述一字形結構由金屬絲構成，金屬絲的長度為3 6mm,寬度為0. 2mm。
7.根據權利要求I所述的雙頻帶通透波材料，其特徵在於，所述雙頻帶通透波材料還包括第二基板，所述人造微結構夾設在第一基板和第二基板之間。
8.根據權利要求I所述的雙頻帶通透波材料，其特徵在於，所述第一基板的厚度為2mm,所述人造微結構的厚度為0. 018mm。
9.一種天線罩，其特徵在於，用於罩設在天線上，包括如權利要求廣8任一項所述的雙頻帶通透波材料。
10.一種天線系統，其特徵在於，包括天線以及如權利要求9所述的天線罩，所述天線罩罩設於天線上。
全文摘要
本發明涉及雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統，雙頻帶通透波材料包括至少一個由非金屬材料製成的第一基板以及附著在第一基板上且陣列排布的多個人造微結構，所述人造微結構包括傾斜預設角度的十字形結構、以及分別與所述十字形結構的四條分支垂直相交的一字形結構。本發明的雙頻帶通透波材料及其天線罩和天線系統可工作在兩個頻段內，在此兩個頻段內的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除幹擾，保證了天線的良好工作環境。天線加上天線罩後，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。
文檔編號H01Q1/42GK102769201SQ20121022219
公開日2012年11月7日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者付少麗, 劉若鵬, 方小偉, 王海蓮, 趙治亞 申請人:深圳光啟創新技術有限公司