[發(fā)明專利]寬頻高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: CN102760966A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉若鵬;趙治亞;方小偉;王凡;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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

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(yīng)特性；通過對人造微結(jié)構(gòu)設(shè)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(yīng)特性。

一般情況下，天線系統(tǒng)都會設(shè)置有天線罩。天線罩的目的是保護(hù)天線系統(tǒng)免受風(fēng)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(jī)械強(qiáng)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(shè)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(dá)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(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)使用，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)以及設(shè)備成本的提高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述透波性能較差且工作頻段較窄的缺陷，提供一種寬頻高透波超材料天線罩及天線系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種寬頻高透波超材料，包括至少一個超材料片層，每一超材料片層包括第一基板和陣列排布在所述第一基板上的多個人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)為田字形結(jié)構(gòu)，且所述田字形結(jié)構(gòu)的中心位置開設(shè)有缺口。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，每一超材料片層還包括覆蓋于所述多個人造微結(jié)構(gòu)上的第二基板。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，所述超材料片層中的第一基板可劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個所述人造微結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，每一超材料單元的長和寬均為2.5mm。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，所述田字形結(jié)構(gòu)的各邊長相等。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，所述田字形結(jié)構(gòu)的邊長為2.2~2.5mm。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，所述田字形結(jié)構(gòu)由金屬線構(gòu)成。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，所述金屬線的線寬為0.1~0.2mm。

在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料中，所述缺口與所述田字形結(jié)構(gòu)的一邊的最短距離為0.7~0.9mm。

本發(fā)明還一種寬頻高透波超材料天線罩，用于罩設(shè)在天線本體上，包括如上所述的寬頻高透波超材料。

本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線本體以及如上所述的寬頻高透波超材料天線罩，所述寬頻高透波超材料天線罩罩設(shè)于天線本體上。

實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)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(yīng)，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強(qiáng)，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(shí)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(shè)計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的寬頻高透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)的工作頻帶較寬，且透波效率很高，損耗較小，滿足了高頻、寬帶、高透波的需求。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的寬頻高透波超材料的一個超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是由多個圖1所示的超材料片層堆疊形成的寬頻高透波超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是人造微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；

圖5是人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖6~7是超材料天線罩的S參數(shù)示意圖。