[發(fā)明專利]寬頻透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2012-07-03
• 公開（公告）號: CN102760962A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設計）人: 劉若鵬;趙治亞;方小偉;付少麗;張嶺
• 申請（專利權）人: 深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司
• 主分類號: H01Q15/00
• 分類號: H01Q15/00;H01Q1/42
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及透波材料，更具體地說，涉及寬頻透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。

背景技術

超材料，俗稱超材料，是一種新型人工合成材料，是由非金屬材料制成的基板和附著在基板表面上或嵌入在基板內(nèi)部的多個人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shù)的晶格按照一定的排布構(gòu)成的。每個超材料單元上的人造微結(jié)構(gòu)可以相同或者不完全相同。人造微結(jié)構(gòu)是由金屬絲組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)，例如組成圓環(huán)形、工字形的金屬絲等。

由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，每個超材料單元具有不同于基板本身的電磁特性，因此所有的超材料單元構(gòu)成的超材料對電場和磁場呈現(xiàn)出特殊的響應特性；通過對人造微結(jié)構(gòu)設計不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可以改變整個超材料的響應特性。

一般情況下，天線系統(tǒng)都會設置有天線罩。天線罩的目的是保護天線系統(tǒng)免受風雨、冰雪、沙塵和太陽輻射等的影響，使天線系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時減輕天線系統(tǒng)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(chǎn)生吸收和反射，改變天線的自由空間能量分布，并在一定程度上影響天線的電氣性能。

目前制備天線罩的材料多采用介電常數(shù)和損耗角正切低、機械強度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹脂、高分子聚合物等，材料的介電常數(shù)具有不可調(diào)節(jié)性。結(jié)構(gòu)上多為均勻單壁結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)和空間骨架結(jié)構(gòu)等，罩壁厚度的設計需兼顧工作波長、天線罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結(jié)構(gòu)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(xiàn)資源的重復使用，導致資源的浪費以及設備成本的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述透波性能較差、工作頻段較窄的缺陷，提供一種寬頻透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：構(gòu)造一種寬頻透波超材料，包括第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之間夾設有一層陣列排布的方環(huán)結(jié)構(gòu)，第一基板的外表面和第二基板的外表面陣列排布有方形貼片。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，第一基板的外表面上陣列排布的方形貼片與第二基板的外表面上陣列排布的方形貼片的形狀和尺寸相同。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，所述寬頻透波超材料可劃分為多個超材料單元，每一超材料單元包括第一基板單元、第二基板單元，還包括依次排布在第一基板單元外表面、第一基板單元和第二基板單元之間、第二基板單元外表面的方形貼片、方環(huán)結(jié)構(gòu)、方形貼片。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，所述方形貼片包括四個尺寸相同的方形子貼片，四個方形子貼片設置在第一基板單元和第二基板單元的四個端角處。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，所述方形子貼片緊貼第一基板單元和第二基板單元的端角的邊界。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，所述方環(huán)結(jié)構(gòu)緊貼所述超材料單元的邊界。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，所述超材料單元的長和寬均為8mm。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，方形子貼片為正方形貼片，邊長為2mm。

在本發(fā)明所述的寬頻透波超材料中，所述第一基板和第二基板由介電常數(shù)為2.65、損耗角正切值為0.001的材料制成。

本發(fā)明還提供一種天線罩，用于罩設在天線上，包括如上所述的寬頻透波超材料。

本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線以及如上所述的天線罩，所述天線罩罩設于天線上。

實施本發(fā)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(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強，抗干擾能力增加。可以通過調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實現(xiàn)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(tǒng)天線罩設計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的寬頻透波超材料和天線罩在6-18GHz頻帶內(nèi)的透波效率很高，損耗較小。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益，輻射方向性增強。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：

圖1是依據(jù)本發(fā)明一實施例的寬頻透波超材料的各組成部分的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是依據(jù)本發(fā)明一實施例的超材料單元的結(jié)構(gòu)示意圖；