CN102769202A - 双频带通透波材料及其天线罩和天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双频带通透波材料及其天线罩和天线系统，双频带通透波材料包括至少一个由非金属材料制成的第一基板以及附着在第一基板上且阵列排布的多个人造微结构，所述人造微结构包括十字形结构、以及与所述十字形结构相交且四个端角开设有缺口的口字形结构。本发明的双频带通透波材料及其天线罩和天线系统可工作在两个频段内，在此两个频段内的透波效率很高，而且能够屏蔽其他频段，从而排除干扰，保证了天线的良好工作环境。天线加上天线罩后，天线的辐射能力得到了加强，有效提高了增益。

Description

双频带通透波材料及其天线罩和天线系统

技术领域

本发明涉及天线罩，更具体地说，涉及双频带通透波材料及其天线罩和天线系统。

背景技术

一般情况下，天线系统都会设置有天线罩。天线罩的目的是保护天线系统免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线系统工作性能比较稳定、可靠。同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命。但是天线罩是天线前面的障碍物，对天线辐射波会产生吸收和反射，改变天线的自由空间能量分布，并在一定程度上影响天线的电气性能。

目前制备天线罩的材料多采用介电常数和损耗角正切低、机械强度高的材料，如玻璃钢、环氧树脂、高分子聚合物等，材料的介电常数具有不可调节性。结构上多为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等，罩壁厚度的设计需兼顾工作波长、天线罩尺寸和形状、环境条件、所用材料在电气和结构上的性能等因素，在保护天线免受外部环境影响的条件下不具备增强天线方向性和提高天线增益的功能，透波性能较差。而且，天线罩的工作频段较窄且工作频段单一，在不同的频段需求以及多频段需求下需要更换天线罩，无法实现资源的重复使用，导致资源的浪费以及设备成本的提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述透波性能较差、工作频段较窄且无法满足多频段需求的缺陷，提供双频带通透波材料及其天线罩和天线系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双频带通透波材料，包括至少一个由非金属材料制成的第一基板以及附着在第一基板上且阵列排布的多个人造微结构，所述人造微结构包括十字形结构、以及与所述十字形结构相交且四个端角开设有缺口的口字形结构。

在本发明所述的双频带通透波材料中，所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成。

在本发明所述的双频带通透波材料中，所述口字形结构的中心与所述十字形结构的中心重合。

在本发明所述的双频带通透波材料中，所述口字形结构为正方形结构，由四条尺寸相同的金属丝构成，相邻两条金属丝相互垂直且不相交。

在本发明所述的双频带通透波材料中，所述十字形结构的金属丝的长度为7～8mm，宽度为0.2mm；所述口字形结构的金属丝的长度为3.0～3.39mm，宽度为0.2mm。

在本发明所述的双频带通透波材料中，所述双频带通透波材料还包括第二基板，所述人造微结构夹设在第一基板和第二基板之间。

在本发明所述的双频带通透波材料中，所述第一基板的厚度为2mm，所述人造微结构的厚度为0.018mm。

在本发明所述的双频带通透波材料中，所述第一基板和第二基板的介电常数为2.2～2.8，损耗角正切小于0.005。

本发明还提供一种天线罩，用于罩设在天线上，包括如上所述的双频带通透波材料。

本发明还提供一种天线系统，包括天线以及如上所述的天线罩，所述天线罩罩设于天线上。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过在基板上附着特定形状的人造微结构，得到需要的电磁响应，使得天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现与空气的阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射，减少了传统天线罩设计时对材料厚度和介电常数的限制。本发明的双频带通透波材料及其天线罩和天线系统可工作在两个频段内，在此两个频段内的透波效率很高，而且能够屏蔽其他频段，从而排除干扰，保证了天线的良好工作环境。天线加上天线罩后，天线的辐射能力得到了加强，有效提高了增益。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是依据本发明一实施例的双频带通透波材料的结构示意图；

图2是依据本发明一实施例的人造微结构的排布示意图；

图3是依据本发明一实施例的单个人造微结构的示意图；

图4是依据本发明一实施例的双频带通透波材料的S参数仿真示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种双频带通透波材料，包括至少一个由非金属材料制成的第一基板以及附着在第一基板上且阵列排布的多个人造微结构。制造基板的材料有多种选择，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）、铁电材料、或者铁磁材料等。

如图1所示，本实施例中的双频带通透波材料包括两层基板，即由非金属材料制成的第一基板10和第二基板20，以及夹设于第一基板10与第二基板20之间且阵列排布的多个人造微结构30。

人造微结构30为导电材料制成的丝线组成的具有一定几何图案的平面结构。这里的导电材料，可以是金、银、铜等导电性能良好的金属材料，或者主要成分为金、银、铜中的一种或两种的合金材料，也可以是碳纳米管、掺铝氧化锌、铟锡氧化物等可以导电的非金属材料。本发明中，优选铜或银。

人造微结构30的具体几何形状图案见图2和图3，人造微结构30包括十字形结构31、以及与十字形结构31相交且四个端角开设有缺口的口字形结构32。十字形结构31由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成，十字形结构31的金属丝的长度a=6～8mm。

在本发明一实施例中，口字形结构32的中心O与十字形结构31的中心O重合。在一优选实施例中，口字形结构32为正方形结构，由四条尺寸相同的金属丝构成，相邻两条金属丝相互垂直且不相交。口字形结构32的金属丝的长度为3.0～3.4mm。

下面将结合具体实施例来说明本发明的双频带通透波材料的应用效果。在一实施例中，十字形结构31的金属丝的长度a=7mm，宽度为0.2mm。口字形结构32的金属丝的长度为3.3mm，宽度为0.2mm。金属丝为金丝、银丝或铜丝，或者为含有金、银或铜的合金丝。第一基板10与第二基板20的厚度为2mm，人造微结构30的厚度为0.018mm。第一基板10和第二基板20优先选取介电常数为2.2～2.8，损耗角正切小于0.005的材料。在本发明一实施例中，第一基板10和第二基板20由聚四氟乙烯（F4B）制得。

第一基板10和第二基板20之间通过填充液态基板原料或者通过组装相互连接在一起。人造微结构30通过蚀刻的方式附着在第一基板10上，当然人造微结构30也可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等方式附着在第一基板10或第二基板20上。第一基板10和第二基板20也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、HIPS（耐冲击性聚苯乙烯，High impact polystyrene）材料、铁电材料、铁氧材料或者铁磁材料制成。人造微结构30采用铜线制成，当然也可以采用银线、ITO、石墨或者碳纳米管等导电材料制成。

对具有上述参数的双频带通透波材料进行仿真，其S参数仿真图如图4所示。由图4可以看到，当频率为6.4651GHz（频点1）、9.9405GHz（频点2）、12.583GHz（频点3）时，S21参数为-1dB。双频带通透波材料在6.5～10GHz频带以及12.5～20GHz频带内具有高透波特性，S21参数都大于-1dB，而且反射系数很小，而在其它频段有滤波作用。

双频带通透波材料也可以采用多层基板，比如包括3层基板，相邻基板间均设有上述排布的人造微结构。同样能够达到双频带通的效果。这种性能可以用在对电磁波的通与阻有特殊要求的应用场合。

因此，本发明还提供一种天线罩，该天线罩由上文所述的双频带通透波材料制成，用于罩设于在天线上，对天线起到保护作用的同时，还能够保证天线在工作频段正常工作，屏蔽掉不相关频段，排除干扰。

需要说明的是，天线罩的形状可以为与附图中的双频带通透波材料形状相同的平板状，也可以根据实际需求来设计天线罩的形状，比如设计成圆球状或者与天线形状匹配的形状（共形的天线罩）等，也不排除使用多个平板状结构拼接成需要的形状，本发明对此不作限制。

本发明还提供一种天线系统，包括天线，以及如上文所述的天线罩，天线罩罩设于天线上。天线包括辐射源、馈电单元等，具体构成可参阅相关技术资料，本发明对此不作限制。天线本体可以是例如但不限于平板天线、微波天线、雷达天线等。

本发明通过在基板上附着特定形状的人造微结构，得到需要的电磁响应，使得基于超材料的天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现与空气的阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射，减少了传统天线罩设计时对材料厚度和介电常数的限制。本发明的双频带通透波材料及其天线罩和天线系统可工作在两个频段内，在此两个频段内的透波效率很高，而且能够屏蔽其他频段，从而排除干扰，保证了天线的良好工作环境。天线加上天线罩后，天线的辐射能力得到了加强，有效提高了增益。

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。

Claims (10)

1.一种双频带通透波材料，其特征在于，包括至少一个由非金属材料制成的第一基板以及附着在第一基板上且阵列排布的多个人造微结构，所述人造微结构包括十字形结构、以及与所述十字形结构相交且四个端角开设有缺口的口字形结构。

2.根据权利要求1所述的双频带通透波材料，其特征在于，所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成。

3.根据权利要求2所述的双频带通透波材料，其特征在于，所述口字形结构的中心与所述十字形结构的中心重合。

4.根据权利要求3所述的双频带通透波材料，其特征在于，所述口字形结构为正方形结构，由四条尺寸相同的金属丝构成，相邻两条金属丝相互垂直且不相交。

5.根据权利要求4所述的双频带通透波材料，其特征在于，所述十字形结构的金属丝的长度为7～8mm，宽度为0.2mm；所述口字形结构的金属丝的长度为3.0～3.39mm，宽度为0.2mm。

6.根据权利要求1所述的双频带通透波材料，其特征在于，所述双频带通透波材料还包括第二基板，所述人造微结构夹设在第一基板和第二基板之间。

7.根据权利要求1所述的双频带通透波材料，其特征在于，所述第一基板的厚度为2mm，所述人造微结构的厚度为0.018mm。

8.根据权利要求6所述的双频带通透波材料，其特征在于，所述第一基板和第二基板的介电常数为2.2～2.8，损耗角正切小于0.005。

9.一种天线罩，其特征在于，用于罩设在天线上，包括如权利要求1～8任一项所述的双频带通透波材料。

10.一种天线系统，其特征在于，包括天线以及如权利要求9所述的天线罩，所述天线罩罩设于天线上。

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