一種低損耗超材料天線罩的製作方法
2023-05-31 09:35:21 1
一種低損耗超材料天線罩的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種低損耗超材料天線罩，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構；所述第一超材料片層的人造微結構為金屬圓形貼片；所述第二超材料片層的人造微結構為「田」字形結構，所述「田」字形結構包括方形環結構和位於方形環內部的「十」字結構。採用本發明實施例，天線罩在特定頻段附近，損耗極小，透波效率很高。
【專利說明】一種低損耗超材料天線罩
【技術領域】
[0001]本發明涉及天線罩,尤其涉及一種低損耗超材料天線罩。
【背景技術】
[0002]超材料，是一種新型人工合成材料，由非金屬材料製成的基板和附著在基板表面上或嵌入在基板內部的多個人造微結構構成的。基板可以虛擬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，例如組成圓環形、工字形的金屬絲等。
[0003]由於人造微結構的存在，每個超材料單元具有不同於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。
[0004]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。
[0005]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，較難達到高透波要求，而且，天線罩的工作頻段較窄，在不同的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】
[0006]本發明實施例提供一種低損耗超材料天線罩，採用具有周期性陣列排布的多個特定人造微結構的超材料，天線罩在特定頻段下，損耗小，透波性能增強。
[0007]本發明實施例提供一種低損耗超材料天線罩，其特徵在於，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構；
[0009]所述第一超材料片層的人造微結構為金屬圓形貼片；
[0010]所述第二超材料片層的人造微結構為「田」字形結構，所述「田」字形結構包括方形環結構和位於方形環內部的「十」字結構。
[0011]進一步的,所述金屬圓形貼片的直徑為1.4mm。
[0012]再進一步的，所述基板為FR-4有機高分子基板或陶瓷基板。
[0013]更進一步的，所述基板的厚度為0.10-0.30mm。
[0014]本發明實施例提供的一種低損耗超材料天線罩，通過採用具有周期性陣列排布的多個特定人造微結構的超材料，得到需要的電磁響應，使得基於超材料的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。本發明的超材料天線罩系統工作在19-22G GHz頻帶內，且在此頻帶內的損耗極小，透波效率很高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的超材料的結構側視圖；
[0016]圖2為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的結構示意圖；
[0017]圖3為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的人造微結構示意圖；
[0018]圖4為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的結構示意圖；
[0019]圖5為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的人造微結構示意圖；
[0020]圖6為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的超材料的電路模擬仿真結果示意圖；
[0021]圖7為本發明提供的低損耗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]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0023]參見圖1-5，對本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的結構進行詳細說明。
[0024]參見圖1，為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的超材料的結構側視圖；
[0025]所述超材料包括第一超材料片層I和第二超材料片層2，第一超材料片層I和第二超材料片層2重合層疊在一起。
[0026]在具體實施當中，兩個超材料片層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。
[0027]本發明實施例提供的超材料的形狀為平板狀，在實際設計時也可以根據實際需求來設計天線罩所用超材料的形狀，比如可以設計成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀等，也不排除使用多個平板狀結構拼接成需要的形狀。
[0028]參見圖2，為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的結構示意圖；
[0029]第一超材料片層I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構12 ；
[0030]所述周期性陣列排布，即以X方向為行、以垂直於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，行間距等於列間距均可。
[0031]優選的，行間距、列間距不大於所要響應的入射電磁波的波長的四分之一，即例如工作環境是波長為λ的電磁波，需要超材料對此電磁波的電磁特性是呈現負磁導率，則設計人造微結構時將上述行間距、列間距選擇不大於四分之一波長。
[0032]在具體實施當中，基板11為FR-4有機高分子基板或陶瓷基板，基板11的厚度為0.10-0.30mm。
[0033]在具體實施當中，人造微結構通過蝕刻的方式附著在基板上，當然人造微結構也可以採用電鍍、鑽刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在基板。
[0034]參見圖3，為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第一超材料片層的人造微結構示意圖；
[0035]第一超材料片層I的人造微結構12為金屬圓形貼片；
[0036]優選的，所述金屬圓形貼片的直徑為1.4_。
[0037]具體實施當中，所述金屬矩形貼片材質可為銅質、銀質或金質。
[0038]參見圖4，為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的結構示意圖；
[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構22 ；
[0040]所述周期性陣列排布，即以X方向為行、以垂直於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，行間距等於列間距均可。
[0041]優選的，行間距、列間距不大於所要響應的入射電磁波的波長的四分之一，即例如工作環境是波長為λ的電磁波，需要超材料對此電磁波的電磁特性是呈現負磁導率，則設計人造微結構時將上述行間距、列間距選擇不大於四分之一波長。
[0042]在具體實施當中，基板21為FR-4有機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，為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的第二超材料片層的人造微結構示意圖；
[0044]第二超材料片層2的人造微結構22為「田」字形結構，所述「田」字形結構包括方形環結構和位於方形環內部的「十」字結構。所述人造微結構22由金屬線構成。
[0045]在具體實施當中，所述金屬線材質可為銅線、銀線或金線。
[0046]參見圖6，為本發明提供的低損耗超材料天線罩的實施例的超材料的電路模擬仿真結果示意圖；
[0047]用電路模擬仿真軟體對本發明實施例提供的超材料製作的天線罩進行了仿真。
[0048]基板選擇相對介電常數為4.3，損耗角正切為0.025的材料，本發明實施例提供的超材料製作的天線罩在較寬的頻帶內的透波性能都很好，例如15?25GHz，特別是19?22GHz範圍內，S21參數的線性值接近於I。
[0049]參見圖7，為本發明提供的低損耗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體對本發明實施例提供的超材料製作的天線罩進行了仿真。
[0051]在12-18GHZ頻段內的阻抗與空氣匹配極佳，η平均等於I。可以看出，在19_22GHz時，阻抗Π的實部re (η)接近於1，其虛部im(n)接近於0，當頻率為21.99GHz時，阻抗n的實部re (η)為0.9271，與空氣匹配很好。
[0052]本發明實施例提供的一種低損耗超材料天線罩，通過採用具有周期性陣列排布的多個特定人造微結構的超材料，得到需要的電磁響應，使得基於超材料的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。本發明的超材料天線罩工作在19-22G GHz頻帶內，且在此頻帶內的透波效率很高。
[0053]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種低損耗超材料天線罩，其特徵在於，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構； 所述第一超材料片層的人造微結構為金屬圓形貼片； 所述第二超材料片層的人造微結構為「田」字形結構，所述「田」字形結構包括方形環結構和位於方形環內部的「十」字結構。
2.如權利要求1所述的低損耗超材料天線罩，其特徵在於:所述金屬圓形貼片的直徑為 1.4mmο
3.如權利要求1所述的低損耗超材料天線罩，其特徵在於:所述基板為FR-4有機高分子基板或陶瓷基板。
4.如權利要求1所述的低損耗超材料天線罩，其特徵在於:所述基板的厚度為.0.10-0.30mm。
【文檔編號】H01Q15/00GK104466386SQ201410708690
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】張永超 申請人:張永超