[發(fā)明專利]超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102769204A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉若鵬;趙治亞;張嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/42
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超材料及由其制成的超材料天線罩和天線系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種設(shè)計(jì)新穎的超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)

超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)前，人們在基板上周期性地排列具有一定幾何形狀的人工微結(jié)構(gòu)來形成超材料。由于可以利用人工微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸以及排布來改變超材料空間各點(diǎn)的介電常數(shù)和/或磁導(dǎo)率，使其產(chǎn)生預(yù)期的電磁響應(yīng)，以控制電磁波的傳播，故而，在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，成為各國科研人員爭相研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。特別是可將超材料制作成具有良好透波性能的透波材料，并用來制作天線罩方面已有相當(dāng)研究。

傳統(tǒng)上，制造天線罩時多采用介電常數(shù)和損耗角正切低、機(jī)械強(qiáng)度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹脂和ABS以及UPVC等高分子聚合物。盡管這種天線罩不僅可使天線免受外界惡劣環(huán)境的影響，而且對天線的發(fā)送和/或接收的電磁波的損耗較小，但由于其波阻抗與空氣的波阻抗不同，電磁波在空氣與天線罩之間傳播時會發(fā)生反射，從而降低了天線的輻射效率和增益，嚴(yán)重影響天線的電磁性能。此外，有時需要天線罩具有頻率選擇（簡稱為“頻選”）特性，而傳統(tǒng)材料在制作上較復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種既具有良好的電磁性能又具有頻選特性的超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種超材料頻選表面，其包括至少一超材料片層，所述超材料片層包括結(jié)合在一起的介質(zhì)基板和結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括附著于所述介質(zhì)基板的表面的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)各自呈長方形陣列排布，且每一第一金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)為由連接四個最靠近的第二金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)的四條直線段所形成的長方形區(qū)域的中心。

優(yōu)選地，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸分別與所述第二金屬微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸相同。

優(yōu)選地，每一第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)各包括三條自同一中心點(diǎn)延伸形成的金屬線段，且每兩相鄰金屬線段之間的夾角為120°。

優(yōu)選地，自同一中心點(diǎn)延伸形成的三條金屬線段的長度均相等、寬度均相等，分別等于7.9~8.1mm、0.3~0.5mm。

優(yōu)選地，由連接最靠近的四個第一金屬微結(jié)構(gòu)或第二金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)的四條直線段所形成的長方形區(qū)域的長邊為44.5~45.5mm、短邊為25.5~26.5mm。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板的厚度為0.3~0.5mm。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板是環(huán)氧樹脂玻璃纖維布層壓板，所述結(jié)構(gòu)層由銅制成。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板的厚度為0.4mm，所述結(jié)構(gòu)層的厚度為0.018mm，自同一中心點(diǎn)延伸形成的三條金屬線段的長度均為8mm、寬度均為0.4mm，由連接最靠近的四個第一金屬微結(jié)構(gòu)或第二金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)的四條直線段所形成的長方形區(qū)域的長邊為45mm、短邊為26mm。

一種超材料頻選天線罩，其包括至少一超材料片層，所述超材料片層包括結(jié)合在一起的介質(zhì)基板和結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括附著于所述介質(zhì)基板的表面的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)各自呈長方形陣列排布，且每一第一金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)為由連接四個最靠近的第二金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)的四條直線段所形成的長方形區(qū)域的中心。

一種天線系統(tǒng)，包括天線和設(shè)置于所述天線接收和/或發(fā)射的電磁波的傳播方向上的超材料頻選天線罩，所述超材料頻選天線罩包括至少一超材料片層，所述超材料片層包括結(jié)合在一起的介質(zhì)基板和結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括附著于所述介質(zhì)基板的表面的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)，所述第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)各自呈長方形陣列排布，且每一第一金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)為由連接四個最靠近的第二金屬微結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)的四條直線段所形成的長方形區(qū)域的中心。

本發(fā)明的超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)具有以下有益效果：由于其超材料片層上具有各自呈長方形陣列排布的多個第一金屬微結(jié)構(gòu)和第二金屬微結(jié)構(gòu)，可讓一定頻段內(nèi)的電磁波高效通過，且反射小，而具有良好的電磁性能，且可同時過濾掉此頻段外的雜波，亦具有良好的頻選特性，減小了雜波干擾。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明超材料頻選表面的一個超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；