CN102820548A - 低通透波材料及其天线罩和天线系统 - Google Patents

低通透波材料及其天线罩和天线系统 Download PDF

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赵治亚
方小伟
付少丽
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Abstract

本发明涉及低通透波材料及其天线罩和天线系统。低通透波材料包括由非金属材料制成的第一基板和第二基板，以及夹设在第一基板和第二基板之间且阵列排布的多个金属微结构；所述金属微结构为方形贴片，相邻方形贴片之间间隔预设距离。本发明的低通透波材料及其天线罩和天线系统在低频段的透波效率高，而且能够屏蔽高频段，从而排除干扰，保证了天线的良好工作环境。在实现低频透波的情况下还能够抑制高频信号，实现隐身的功能。

Description

低通透波材料及其天线罩和天线系统
技术领域
本发明涉及透波技术，更具体地说，涉及低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，对于低频透波材料来说，能够实现低频透波但无法实现带外抑制，干扰比较严重。对于一些特别的场合，诸如军事领域来说，对于低通透波的需求非常强烈
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低通透波无法排除干扰的缺陷，提供低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：构造一种低通透波材料，包括由非金属材料制成的第一基板和第二基板，以及夹设在第一基板和第二基板之间且阵列排布的多个金属微结构；所述金属微结构为方形贴片，相邻方形贴片之间间隔预设距离。
在本发明所述的低通透波材料中，所述方形贴片为正方形贴片。
在本发明所述的低通透波材料中，所述方形贴片为方形铜片。
在本发明所述的低通透波材料中，所述正方形贴片的边长为4~5mm。
在本发明所述的低通透波材料中，所述预设距离为0.5~1.5mm。
在本发明所述的低通透波材料中，所述正方形贴片的边长至少为所述预设距离的3倍。
在本发明所述的低通透波材料中，第一基板和第二基板的厚度为2mm，金属微结构的厚度为0.018mm。
在本发明所述的低通透波材料中，第一基板和第二基板的介电常数为2.65，损耗角正切为0.001。
本发明还提供一种天线罩，用于罩设在天线上，包括如上所述的低通透波材料。
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金属微结构，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。可以通过调节金属微结构的形状、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。本发明的低通透波材料及其天线罩和天线系统在低频段的透波效率高，而且能够屏蔽高频段，从而排除干扰，保证了天线的良好工作环境。在实现低频透波的情况下还能够抑制高频信号，实现隐身的功能。
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低通透波材料的结构侧视图；
图2是图1所示的低通透波材料的结构示意图；
图3是图2所示的金属微结构的排布示意图；
图4是依据本发明一实施例的低通透波材料与纯基板的透波系数对比示意图。
具体实施方式
本发明提供一种双频带通低通透波材料，如图1所示，包括由非金属材料制成的第一基板10和第二基板20，以及夹设在第一基板10和第二基板20之间且且阵列排布的多个金属微结构30。金属微结构30为方形贴片，相邻方形贴片之间间隔预设距离。多个金属微结构30构成第一金属层A。金属微结构30为导电材料制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。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 DensityPolyethylene）、ABS（Acrylonitrile Butadiene Styrene）、铁电材料、或者铁磁材料等。第一基板10、第二基板20优选介电常数为2.65，损耗角正切为0.001的材料。
金属微结构30在第一基板10和第二基板20之间的排布及具体形状见图2~3所示。在本发明一优选实施例中，方形贴片为正方形贴片。正方形贴片的边长a为4~5mm，预设距离b为0.5~1.5mm。正方形贴片的边长至少为预设距离的3倍。
可以理解的是，说明书附图中示出的金属微结构30的数目仅为示意，用于说明金属微结构30的排布情况，不作为对本发明的限制。
下面将结合具体实施例来说明本发明的双通带低通透波材料的应用效果。在一实施例中，金属微结构30为正方形贴片，正方形贴片边长a=5mm，相邻方形贴片之间的间距b=1mm。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。金属微结构30由铜制成。第一基板10、第二基板20的介电常数为2.65，损耗角正切为0.001。第一基板10、第二基板20的厚度为2mm，金属微结构的厚度为0.018mm。上述参数仅为一实例，并不作为对本发明的限制。
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。金属微结构30通过蚀刻的方式附着在基板上，当然金属微结构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。
对具有上述参数的低通透波材料进行仿真，其与纯基板（F4B）的透波系数对比示意图如图4所示。本发明的低通透波材料的透波系数由S21表示，纯基板的由透波系数由S211表示。由图4可以看到，在低频（0~3GHz）内，透波系数S21和S211均接近于0，透波效果很好，而在高频段0~3GHz以外，本发明的透波材料能够抑制信号的透射，屏蔽高频段，从而排除干扰。在实现低频透波的情况下还能够抑制高频信号，实现隐身的功能。本发明的低通透波材料非常适用于军事应用领域。例如船舰雷达一般工作在3GHz以下，采用本发明的技术能够保证工作频段内的正常通信，而且还能够抑制3GHz频段外的信号干扰，抑制了高频段栅瓣的出现，这就防止了较大RCS(RadarCross-Section，雷达散射截面)的出现，达到了隐身的目的。在实际应用时，通过调节金属微结构的形状、尺寸，可以改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而通带向其它频段移动，或者改变带宽。
低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金属微结构。同样能够达到高透波效果。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低通透波材料制成，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低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。
本发明的低通透波材料及其天线罩和天线系统在低频段的透波效率高，而且能够屏蔽高频段，从而排除干扰，保证了天线的良好工作环境。在实现低频透波的情况下还能够抑制高频信号，实现隐身的功能。
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)

1.一种低通透波材料，其特征在于，包括由非金属材料制成的第一基板和第二基板，以及夹设在第一基板和第二基板之间且阵列排布的多个金属微结构；所述金属微结构为方形贴片，相邻方形贴片之间间隔预设距离。
2.根据权利要求1所述的低通透波材料，其特征在于，所述方形贴片为正方形贴片。
3.根据权利要求1所述的低通透波材料，其特征在于，所述方形贴片为方形铜片。
4.根据权利要求2所述的低通透波材料，其特征在于，所述正方形贴片的边长为4~5mm。
5.根据权利要求4所述的低通透波材料，其特征在于，所述预设距离为0.5~1.5mm。
6.根据权利要求5所述的低通透波材料，其特征在于，所述正方形贴片的边长至少为所述预设距离的3倍。
7.根据权利要求1所述的低通透波材料，其特征在于，第一基板和第二基板的厚度为2mm，金属微结构的厚度为0.018mm。
8.根据权利要求1所述的低通透波材料，其特征在于，第一基板和第二基板的介电常数为2.65，损耗角正切为0.001。
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任一项所述的低通透波材料。
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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