一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统的制作方法
【专利摘要】一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构；所述人造微结构包括第一工字结构层、第二工字结构层和十字结构层，第一工字结构层与第二工字结构层结构相同，十字结构层置于第一工字结构层与第二工字结构层之间；第一工字结构层、第二工字结构层中间为线槽结构，中间的连接部位为方块贴片电容，贴片电容与金属部分连接导通。本发明通过特殊的结构设置，使得天线罩拥有较好的透波性能，并且有较薄的厚度，大幅降低低频段天线罩的重量，提高了相关应用环境下的竞争力。并且还能实现频率选择的功能，提高天线罩和天线器件系统的隐身性能。
【专利说明】
一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种天线罩，更具体地说，涉及一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统。
【背景技术】
[0002]超材料，俗称超材料，是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个基板单元，每个基板单元上附着有人造微结构，从而形成一个超材料单元，整个超材料是由很多这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个超材料单元上的人造微结构可以相同或者不完全相同。人造微结构是由金属丝组成的具有一定几何图形的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属丝等。
[0003]由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基板本身的电磁特性，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性;通过对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可以改变整个超材料的响应特性。
[0004]—般来说，举例如:波导填充传统介质材料后，由于传输波数的改变，可截至波数又由波导的结构尺寸所确定，所以，波导填充介质后会产生次高模甚至高次模的干扰。再之，填充介质后，由于阻抗的不匹配，将会产生反射波，这在大功率微波系统中尤为明显。
[0005]用于低频段工作的天线，为了保护天线不受雨雪、大风等恶劣环境影响其性能，往往需要用天线罩将天线保护起来，由于天线工作在较低频段，为了保证其透波性能，一般将天线罩厚度设计为天线工作频段波长的1/2，如在2.4GHz，天线工作波长约为150mm，天线罩厚度为75_左右，较大的厚度使得天线罩重量很大，导致天线罩有成本较高，重量较大不便于运输等缺点。在某些特定的使用环境下，需要天线罩在拥有较好的透波性能外，还需要天线罩有较轻的重量，传统天线罩已经不适用与这样的环境。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，以解决上述问题至少一个方面。
[0007]根据本发明的一方面，提供一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构;所述人造微结构包括第一工字结构层、第二工字结构层和十字结构层，第一工字结构层与第二工字结构层结构相同，十字结构层置于第一工字结构层与第二工字结构层之间；第一工字结构层、第二工字结构层中间为线槽结构，中间的连接部位为方块贴片电容，贴片电容与金属部分连接导通;所述十字结构层为联通的正十字结构。
[0008]在本发明的一些实施方式中，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。
[0009]在本发明的一些实施方式中，金属微结构夹在两层介质基材中间，多层结构能更好的保护微结构，避免其在外界恶劣条件下腐蚀，确保天线罩的介电性能。
[0010]在本发明的一些实施方式中，所述介质基材为环氧树脂基板，其相对介电常数3.2，磁导率为1.0损耗角正切为0.008。
[0011]在本发明的一些实施方式中，所述金属微结构为厚度为0.018mm的铜片。
[0012]在本发明的一些实施方式中，方块电容贴片电容值为C=1.l*le_12F，方块贴片电容边长为0.35mm。
[0013]在本发明的一些实施方式中，金属微结构长宽均为6mm，第一工字结构层、第二工字结构层中间的线槽缝隙为0.35mm，十字结构层的十字线宽为2mm。
[0014]在本发明的一些实施方式中，单层介质基材厚度为1.5_，单层金属微结构厚度为0.018mm，金属微结构夹在两层介质基材中间及两个表面，总厚度为1.5*2+0.018*3 =3.036mmo
[0015]本发明的有益效果是:基于超材料技术的天线罩，通过特殊的结构设计，使得天线罩拥有较好的透波性能，并且有较薄的厚度，大幅降低低频段天线罩的重量，提高了相关应用环境下的竞争力。并且通过超材料设计还能实现频率选择的功能，提高天线罩和天线器件系统的隐身性能。
【附图说明】
[0016]图1、图2是人造微结构单元的示意图；
[0017]图3是十字结构层的示意图；
[0018]图4是第一工字结构层、第二工字结构层的示意图；
[0019I图5、图6是3*3人造微结构单元的示意图。
[0020]图7是超材料低频频选结构仿真图。
【具体实施方式】
[0021 ]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0022]图1-图6中，一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构;所述人造微结构包括第一工字结构层2、第二工字结构层3和十字结构层I，第一工字结构层2与第二工字结构层3结构相同，十字结构层I置于第一工字结构层2与第二工字结构层3之间；第一工字结构层2、第二工字结构层3中间为线槽结构，中间的连接部位为方块贴片电容4，贴片电容4与金属部分连接导通;所述十字结构层I为联通的正十字结构。基于超材料技术的天线罩，通过特殊的结构设计，使得天线罩拥有较好的透波性能，并且有较薄的厚度，大幅降低低频段天线罩的重量，提高了相关应用环境下的竞争力。并且通过超材料设计还能实现频率选择的功能，提高天线罩和天线器件系统的隐身性能，在飞机舰船等领域效果显著。
[0023]在本实施例中，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。
[0024]在本实施例中，金属微结构夹在两层介质基材中间，介质基材为环氧树脂基板，多层结构能更好的保护微结构，避免其在外界恶劣条件下腐蚀，确保天线罩的介电性能。
[0025]在本实施例中，所述介质基材为环氧树脂基板，其相对介电常数3.2，磁导率为1.0损耗角正切为0.008。
[0026]在本实施例中，所述金属微结构为厚度为0.018mm的铜片。
[0027]在本发明的一些实施方式中，方块电容贴片电容4值为C=1.l*le_12F，方块贴片电容4边长为0.35mm。
[0028]在本实施例中，金属微结构长宽均为6mm，第一工字结构层2、第二工字结构层3中间的线槽缝隙为0.35mm，十字结构层I的十字线宽为2mm。单层介质基材厚度为1.5mm，单层金属微结构厚度为0.018mm，金属微结构夹在两层介质基材中间及两个表面，总厚度为1.5*2+0.018*3 = 3.036mm。
[0029]在图7中，从以上仿真曲线和统计数据图中可以明显看出，加入超材料微结构后，在低频段形成了一个频选带通区域，在频段内，天线辐射的电磁波可以良好的穿透天线罩，正常工作，在频带外，天线罩表现出抑制的功能，配合良好的外形设计，可以达到较好的隐身效果。
[0030]并且由于采用了多层匹配结构，使空气与智能超材料天线罩匹配更好，能够在
2.4GHz波段有良好的透波率。
[0031 ]本专利通过设计不同的超材料微结构，通过相关金属线涂层的电磁响应特征来改变各个空间点的介电常数，使超材料介质填充处的电磁响应特征与空气相近。所以，我们把这种超材料也叫做“固态空气”。超材料的引入，减少了微波系统由于引入传统介质后特性阻抗不匹配所引起的衰减，从而减小反射、提高传输效率。有效遏制了高次模的干扰，简化对其进行场分析的计算量，以便人们更加顺利地、精确地计算出场分布并顺利加以利用。
[0032]在一些应用场合，常常会需要微波损耗极小的介质材料。例如雷达罩、天线罩;利用介质窗片来分隔大气与微波管的真空系统；分隔大气与填充等离子体微波管的充气系统;分隔大气与高压充气波导系统;在一些水负载中利用密封介质片来分隔大气与水等。采用本发明的技术方案能够满足上述场合下的需求。
[0033]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构；其特征在于:所述人造微结构包括第一工字结构层、第二工字结构层和十字结构层，第一工字结构层与第二工字结构层结构相同，十字结构层置于第一工字结构层与第二工字结构层之间；第一工字结构层、第二工字结构层中间为线槽结构，中间的连接部位为方块贴片电容，贴片电容与金属部分连接导通;所述十字结构层为联通的正十字结构。2.根据权利要求1所述的一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，其特征在于:超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。3.根据权利要求1所述的一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，其特征在于:所述人造微结构夹在两层介质基材中间，多层结构能更好的保护微结构，避免其在外界恶劣条件下腐蚀，确保天线罩的介电性能。4.根据权利要求3所述的一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，其特征在于:介质基材为环氧树脂基板，其相对介电常数3.2，磁导率为1.0损耗角正切为0.008。5.根据权利要求1所述的一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，其特征在于:人造微结构为厚度为0.018mm的铜片。6.根据权利要求1所述的一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，其特征在于:方块电容贴片电容值为C=1.l*le-12F，方块贴片电容边长为0.35mm。7.根据权利要求1所述的一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，其特征在于:人造微结构长宽均为6mm，第一工字结构层、第二工字结构层中间的线槽缝隙为0.35mm，十字结构层的十字线宽为2mm。8.根据权利要求1、3或5所述的一种超薄低通频选超材料透波天线罩及其天线系统，其特征在于:单层介质基材厚度为1.5mm，单层人造微结构厚度为0.018mm，人造微结构夹在两层介质基材中间及两个表面，总厚度为1.5*2+0.018*3 = 3.036mm。
【文档编号】H01Q1/42GK106058457SQ201610316310
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】张岭
【申请人】武汉市迅捷时代信息技术有限公司