帶阻透波超材料、天線罩及天線系統的製作方法
2023-05-24 20:32:26 2
帶阻透波超材料、天線罩及天線系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種帶阻透波超材料、天線罩及天線系統。其中，帶阻透波超材料包括：多層功能層，各功能層包括介質層（10）和設置在介質層（10）上的導電幾何結構，多層功能層中至少一層功能層的導電幾何結構為網格狀的導電幾何結構。本實用新型的技術方案有效地解決了天線罩透波效果不好的問題。
【專利說明】帶阻透波超材料、天線罩及天線系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及透波材料【技術領域】，具體而言，涉及一種帶阻透波超材料、天線罩及天線系統。
【背景技術】
[0002]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。
[0003]使用純材料天線罩在一定的範圍內會影響天線的性能。其中，用於製作天線罩的純材料為普通的物理材料，在製作純材料天線罩時，利用半波長或四分之一波長理論，並根據不同的天線頻率，改變純材料的厚度，用以減小對電磁波的透波響應。在設計製作純材料天線罩的時候，當天線的輻射波波長過長時，利用半波長或四分之一波長理論，純材料天線罩會顯得比較厚，進而使得整個天線罩的重量過大。另一方面，純材料的透波性能比較均一，工作頻段內透波，其相鄰頻段透波效果亦優，工作頻段外的透波容易幹擾天線的正常工作。
[0004]針對現有技術中天線罩透波效果不好的問題，目前尚未提出有效的解決方案。實用新型內容
[0005]本實用新型旨在提供一種帶阻透波超材料、天線罩及天線系統，以解決天線罩透波效果不好的問題。
[0006]為了實現上述目的，根據本實用新型的一個方面，提供了一種帶阻透波超材料，包括:多層功能層，各功能層包括介質層和設置在介質層上的導電幾何結構，多層功能層中至少一層功能層的導電幾何結構包括網格狀的導電幾何結構，網絡狀導電幾何結構的至少部分網絡中設置有導電片；
[0007]其中該帶阻透波超材料的介質層和多個不連通的導電幾何結構使得該帶阻透波超材料具有這樣的介電常數和磁導率:電磁波在通過該帶阻透波超材料時，預設頻段的電磁波被截止，而其他頻段的電磁波穿透該帶阻透波超材料。
[0008]根據本實用新型的另一方面，提供了一種天線罩，包括帶阻透波超材料，帶阻透波超材料為上述的帶阻透波超材料。
[0009]根據本實用新型的另一方面，提供了一種天線天線系統，包括:天線和上述的天線罩，天線罩罩設在天線上。
[0010]應用本實用新型的技術方案，帶阻透波超材料包括多層功能層，功能層包括介質層和設置在介質層上的導電幾何結構，多層功能層中至少一層功能層的導電幾何結構包括網格狀的導電幾何結構，網絡狀導電幾何結構的至少部分網絡中設置有導電片。將導電幾何結構置於介質層上，導電幾何結構包括網格狀的導電幾何結構，網絡狀導電幾何結構的至少部分網絡中設置有導電片，這樣能夠調節帶阻透波超材料的介電常數和磁導率，可以使得電磁波通過本實用新型的帶阻透波超材料時，工作頻段的電磁波能高效率穿透，解決了天線罩透波效果不好的問題，進而提高了天線罩的透波效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0012]圖1示出了根據本實用新型的帶阻透波超材料的實施例的其中一層功能層的主視不意圖；
[0013]圖2示出了圖1的帶阻透波超材料的另一層功能層的主視示意圖；
[0014]圖3示出了圖1的帶阻透波超材料的另一層功能層的主視示意圖；
[0015]圖4示出了圖1的帶阻透波超材料的側視示意圖；
[0016]圖5示出了圖4的帶阻透波超材料的TE模的頻率響應仿真圖；以及
[0017]圖6示出了圖4的帶阻透波超材料的TM模的頻率響應仿真圖。
[0018]其中，上述圖中的附圖標記如下:
[0019]11、介質層；12、網格狀的導電幾何結構；13、導電片；14、十字形變形結構；21、第一導電條；22、第二導電條；23、第三導電條；24、第四導電條；31、預浸料；32、PMI。
【具體實施方式】
[0020]需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。
[0021]本實施例的帶阻透波超材料包括:多層功能層，功能層包括介質層11和設置在介質層11上的導電幾何結構。如圖1所示，多層功能層中一層功能層的導電幾何結構包括網格狀的導電幾何結構12，網絡狀導電幾何結構12的至少部分網絡中設置有導電片13。
[0022]應用本實施例的技術方案，將導電幾何結構置於介質層上，導電幾何結構包括網格狀的導電幾何結構12，網絡狀導電幾何結構12的至少部分網絡中設置有導電片13，這樣能夠調節帶阻透波超材料的介電常數和磁導率，可以使得電磁波在通過該帶阻透波超材料時，預設頻段的電磁波被截止，而其他頻段的電磁波穿透該帶阻透波超材料。從而通過本實施例，工作頻段的電磁波能高效率穿透，解決了天線罩透波效果不好的問題，進而提高了天線罩的透波效果。
[0023]在本實施例中，如圖1所示，在該功能層中，網格狀的導電幾何12結構呈周期性排布，網格狀的導電幾何結構12為四邊形，網格狀的導電幾何結構12的網格是開口的。導電片13呈圓形。導電片13與網格狀的導電幾何結構12電性隔絕。在本實施例中，網格狀的導電幾何結構為平面結構。導電片13位於網格狀的導電幾何結構的部分網格內。當然，也可以是網格狀的導電幾何結構的每個網格內均設置有導電片。優選地，網格狀的導電幾何結構的材料為金屬線材或導電油墨。
[0024]當然，作為其他可行的方案，導電片也可以是三角形、五邊形、六邊形、圓形、橢圓形中至少一種。
[0025]在圖中未示出的實施例中，網格狀的導電幾何結構除了四邊形以外，還可以為三角形、五邊形、六邊形、圓形、橢圓形中至少一種。網格狀的導電幾何的網格也可以是封閉的。
[0026]在圖中未示出的實施例中，與上述實施例的區別在於，網格狀的導電幾何結構為立體結構。優選地，導電片與網格狀的導電幾何結構位於不同的平面。
[0027]上述網格狀的導電幾何結構包括由直線或者曲線形成的多個導電幾何結構，該導電幾何結構是十字型、一字型、雪花型、或十字型的變形結構。在本實施例中，圖2示出了另一層功能層，在該層中，介質層11和設置在介質層11上的導電幾何結構。導電幾何結構為鏤空環狀結構14。
[0028]在本實施例中，圖3示出了另一層功能層，在該層中，介質層11和設置在介質層11上的導電幾何結構。導電幾何結構呈十字形變形結構，包括第一導電條21和第二導電條22，第一導電條21與第二導電條22相交。
[0029]在本實施例中，導電幾何結構為六層，它們彼此間隔設置。這樣，對Ku波段的電磁波起到更好的透波作用。導電幾何結構可以使用任意金屬材料，例如金、銀或銅或幾種金屬的混合物。也可以使用任何導電的非金屬材料製成。所使用的任意金屬材料的原始形態可以是固體、液體、流狀體或粉狀物。
[0030]優選地，相鄰的兩層功能層之間設有夾層。進一步地，多層功能層的上表面和下表面上均有保護層。
[0031]如圖4所示，本實施例的帶阻透波超材料還包括多層預浸料31和多層PMI32。本實施例的帶阻透波超材料的各結構的疊層次序依次為(圖中未示出具有網格狀導電幾何結構的功能層):預浸料31、鏤空環狀結構14及軟板、預浸料31、PMI32、預浸料31、鏤空環狀結構14及軟板、預浸料31、PMI32、預浸料31、鏤空環狀結構14及軟板、預浸料31、PMI32、預浸料31、鏤空環狀結構14及軟板、預浸料31、十字形變形結構以及預浸料31。由於介質層、預浸料31和PMI32均具有一定的機械強度，能夠對雷達或是被其包裹的裝置起到保護作用。此外，上述結構使得本實施例的帶阻透波超材料對Ku波段的電磁波起到更好的透波作用。這裡製造介質層的非金屬材料有多種選擇，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。
[0032]在上述各結構的疊層次序未示出介質層和具有網格狀導電幾何結構的功能層，但是，導電幾何結構設置在介質層上，兩者在的疊層次序可以調換。
[0033]如圖3所示，在本實施例中，第一導電條21的中部與第二導電條22的中部相連接。這樣，對Ku波段之外的電磁波起到抑制作用。當然，作為可行的實施方式，也可以將第一導電條21的一個端部與第二導電條22的中部或一個端部連接。
[0034]如圖3所示，在本實施例中，導電幾何結構還包括兩個第三導電條23和兩個第四導電條24。兩個第三導電條23與第一導電條21的兩端一一對應連接。兩個第四導電條
24與第二導電條22的兩端--對應連接。這樣，對Ku波段之外的電磁波起到更好的抑制作用。
[0035]如圖3所示，在本實施例中，各第三導電條23均與第二導電條22平行，各第四導電條24均與第一導電條21平行。這樣，對小於8GHz波段的電磁波起到了更好的抑制作用。
[0036]如圖3所示，在本實施例中，各第三導電條23的中部與第一導電條21連接，各第四導電條24的中部與第二導電條22連接。這樣，對Ku波段之外的電磁波起到更好的抑制作用。
[0037]第一導電條21與第二導電條22相垂直。這樣,對大於18GHz波段的電磁波具有更好的抑制性能。當然，作為可行的實施方式，第一導電條21與第二導電條22可以形成小於90°的夾角。優選地，第一導電條21與第二導電條22的長度相等。
[0038]優選地，第一導電條21的長度與第二導電條22的長度相同或者不相同。此外，第一導電條21的寬度與第二導電條22的寬度相同或者不相同。
[0039]在本實施例中，第一導電條21與第二導電條22—體成型，圖3示出的導電幾何結構的各部分厚度相等。也就是說，第一導電條21與第二導電條22相連接處的厚度與第一導電條21或第二導電條22的其他部分的厚度相等。這樣，節省了上述導電幾何結構所使用的金屬材料，降低了生產成本。
[0040]在本實施例中，圖中示出的各結構參數如下:各預浸料31的相對介電常數為
2.85，損耗正切值為0.005，圖中上六層預浸料31的厚度均為0.2mm，下三層預浸料31的厚度均為0.12mm ;介質層相對介電常數均為3.2，損耗正切值均為0.002，厚度均為0.025mm ；PMI32的相對介電常數為1.05，損耗正切值為0.006，厚度為4mm。圖2示出的導電幾何結構和圖3示出的導電幾何結構均由銅製成，厚度均為0.018mm ;第一導電條21與第二導電條22的長度均為5mm，寬度均為0.1mm ;第三導電條23和第四導電條24的長度均為4臟，寬度均為0.1mm。
[0041]如圖4和圖5所示，圖中橫軸為天線的工作頻率，縱軸為S21參數。其中天線的工作頻率的單位為GHz，S21參數的單位為dB。從圖中可以看出，當天線的電磁波，包括TE模(英文名TE mode，表示在波導中，電場的縱向分量為零，而磁場的縱向分量不為零的傳播模式)和TD模(英文名TM mode,表不在波導中，磁場的縱向分量為零,而電場的縱向分量不為零的傳播模式)輻射到上述實施例中的帶阻濾波超材料時的S21參數仿真結果。將電磁波投射到本實施例的帶阻透波超材料上，顯示電磁波的損耗S21的透波率值在12.2GHz到
16.5GHz範圍內能保證-1.5dB以上的透波率，保證了 Ku波段內的高透波，另一方面，增加了下三層預浸料和十字形變形結構，本實施例的帶阻透波超材料恰好在帶外諧振，產生零陷，從而保證了帶外高抑制，呈現了 -20dB以下的帶阻特性，1GHz時甚至達到_50dB。本實施例的帶阻透波超材料針對該電磁波中的Ku波段具有很好的透波性能。此外，TE模和TM模的仿真曲線基本相同，本實施例的帶阻透波超材料的透波性能比較穩定。
[0042]在圖中未示出的實施例中，多個網格狀的導電幾何結構呈非周期性排布。多層功能層的相鄰兩層之間可以根據需要相對設置、間隔設置或者錯開設置。
[0043]優選地，介質層為複合材料或陶瓷材料。優選地，複合材料為熱固性材料或者熱塑性材料。優選地，複合材料為包含纖維、泡沫和/或蜂窩的一層結構材料或者多層結構材料。優選地，該複合材料含有增強材料，該增強材料為纖維、織物、粒子中的至少一種。一般來說，介質層的介電常數ε應該滿足:1< ε <5。
[0044]根據實施時的具體情況，導電幾何結構的厚度可以為I至50微米。優選地，導電幾何結構的厚度為10至30微米。更加優選地，導電幾何結構的厚度可以為16至20微米。導電幾何結構的厚度為16至20微米。所述導電幾何結構的寬度為2至6毫米。不同所述功能層之間的導電幾何結構線寬不同，如導電幾何結構的線寬為20至1000微米。優選地，導電幾何結構的線寬為50至500微米。更加優選地，導電幾何結構的線寬為100至200微米。
[0045]本實用新型實施例中的天線罩罩設在天線上，與天線具有一定間隔距離或者覆蓋在天線上，通過帶阻透波超材料的介質層提供的機械強度保護天線，使得天線不受到風雨、冰霜等的損害；以及通過帶阻透波超材料採用的包括網格狀的導電幾何結構，至少部分導電幾何結構中設置有導電片的結構，使得天線罩對Ku波段的電磁波具有較高的透射特性，同時對該段頻率外的電磁波具有一定的抑制效果。
[0046]根據本實用新型實施例還提供了一種天線系統，該天線系統包括天線和本實用新型實施例提供的天線罩，該天線罩罩設在天線上。
[0047]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種帶阻透波超材料，其特徵在於，包括:多層功能層，各所述功能層包括介質層(10)和設置在所述介質層(10)上的導電幾何結構，所述多層功能層中至少一層功能層的所述導電幾何結構包括網格狀的導電幾何結構，所述網絡狀導電幾何結構的至少部分網絡中設置有導電片； 其中該帶阻透波超材料的介質層和多個不連通的導電幾何結構使得該帶阻透波超材料具有這樣的介電常數和磁導率:電磁波在通過該帶阻透波超材料時，預設頻段的電磁波被截止，而其他頻段的電磁波穿透該帶阻透波超材料。
2.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述網格狀的導電幾何結構呈周期性排布或者非周期性排布。
3.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述網格狀的導電幾何結構為三角形、四邊形、五邊形、六邊形、圓形、橢圓形中至少一種。
4.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述網格狀的導電幾何的網格是封閉的或者開口的。
5.根據權利要求 1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電片(10)為三角形、四邊形、五邊形、六邊形、圓形以及橢圓形中至少一種。
6.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電片與所述網格狀的導電幾何結構電性隔絕。
7.根據權利要求5所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述網格狀的導電幾何結構為平面結構。
8.根據權利要求7所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述網格狀的導電幾何結構的每個網格內均設置有所述導電片。
9.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述網格狀的導電幾何結構為立體結構。
10.根據權利要求9所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電片(10)與所述網格狀的導電幾何結構位於不同的平面。
11.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述網格狀的導電幾何結構包括由直線或者曲線形成的多個導電幾何結構，該導電幾何結構是十字型、一字型或十字型的變形結構。
12.根據權利要求11所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電片與所述網格狀的導電幾何結構位於同一功能層。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，相鄰的兩層所述功能層之間設有夾層。
14.根據權利要求1至12中任一項所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述多層功能層的上表面和下表面上均設有保護層。
15.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述多層功能層的相鄰兩層之間相對設置、間隔設置或者錯開設置。
16.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述介質層為複合材料或陶瓷材料。
17.根據權利要求16所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述複合材料為熱固性材料或者熱塑性材料。
18.根據權利要求16所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述複合材料為包含纖維、泡沫和/或蜂窩的一層結構材料或者多層結構材料。
19.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電幾何結構的厚度為I至50微米。
20.根據權利要求19所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電幾何結構的厚度為10至30微米。
21.根據權利要求20所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電幾何結構的厚度為16至20微米。
22.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電幾何結構的寬度為2至6毫米。
23.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電幾何結構的線寬為20至1000微米。
24.根據權利要求23所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電幾何結構的線寬為50至500微米。
25.根據權利要求24所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述導電幾何結構的線寬為100至200微米。
26.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，不同所述功能層之間的導電幾何結構線寬不同。
27.根據權利要求26所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，不同所述功能層之間的導電幾何結構之間的線寬比值範圍為:0至0.2。
28.根據權利要求27所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，不同所述功能層之間的導電幾何結構之間的線寬比值範圍為:0.05至0.1。
29.根據權利要求1所述的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述介質層(10)的介電常數ε滿足:1≤ε≤5。
30.一種天線罩，包括多個兩兩連接的帶阻透波超材料，其特徵在於，所述帶阻透波超材料為權利要求1至29中任一項所述的帶阻透波超材料。
31.一種天線天線系統，其特徵在於，包括:天線和權利要求30所述的天線罩，所述天線罩罩設在所述天線上。
【文檔編號】H01Q1/42GK203859227SQ201420122735
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】不公告發明人 申請人:深圳光啟創新技術有限公司