CN103296407B - 超材料天线罩 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超材料天线罩，包括每一超材料片层包括相对设置的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间夹设有阵列排布的多个人造微结构；所述人造微结构包括两个L形的第一金属线和第二金属线，其中第一金属线绕其直角顶点旋转180度后的图形与第二金属线相同；第一金属线与第二金属线相互拼接形成一封闭矩形。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，频带达到5G以上。
Description
技术领域
本发明涉及天线罩，更具体地说，涉及一种超材料天线罩。
背景技术
超材料，俗称超材料，是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个基板单元，每个基板单元上附着有人造微结构，从而形成一个超材料单元，整个超材料是由很多这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个超材料单元上的人造微结构可以相同或者不完全相同。人造微结构是由金属丝组成的具有一定几何图形的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属丝等。
由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基板本身的电磁特性，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；通过对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可以改变整个超材料的响应特性。
目前的天线罩通常使用常规材料，比如玻璃钢等，透波性能不太高，在恶劣环境，抗干扰能力较差，而且频带较窄。
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不高、抗干扰能力较差、频带较窄的缺陷，提供一种超材料天线罩。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超材料天线罩，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括相对设置的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间夹设有阵列排布的多个人造微结构；
所述人造微结构包括两个L形的第一金属线和第二金属线，其中第一金属线绕其直角顶点旋转180度后的图形与第二金属线相同；第一金属线与第二金属线相互拼接形成一封闭矩形。
在本发明所述的天线罩中，第一金属线包括第一分支和第二分支，且第一分支的长度大于第二分支的长度。
在本发明所述的天线罩中，第二金属线包括第三分支和第四分支，且第三分支的长度大于第四分支的长度。
在本发明所述的天线罩中，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着在第一基板或第二基板上。
在本发明所述的天线罩中，所述超材料片层的厚度为5.318mm，其中，第一基板及第二基板的厚度均为2.65mm，多个第一人造微结构的厚度为0.018mm。
在本发明所述的天线罩中，所述基板由FR-4复合材料制成。
在本发明所述的天线罩中，所述第一金属线与第二金属线的线宽为0.2mm。
在本发明所述的天线罩中，所述第二分支与所述第四分支的距离为0.2mm。
在本发明所述的天线罩中，所述第一分支与所述第三分支的距离为1.4mm。
在本发明所述的天线罩中，所述人造微结构由铜线或者银线制成。
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，使得基于超材料的天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加，频带达到5G以上。
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超材料天线罩的一个超材料片层的结构示意图；
图2是由多个图1所示的超材料片层堆叠形成的超材料天线罩的结构示意图；
图3是依据本发明一实施例的超材料片层的透视示意图；
图4是人造微结构的示意图；
图5是超材料天线罩的S21参数示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种超材料天线罩，包括至少一个超材料片层1，如图1和图2所示。每个超材料片层1包括两个相对设置的基板和附着在两基板之间的阵列排布的人造微结构。当超材料片层1有多个时，各个超材料片层1沿垂直于片层的方向叠加，并通过机械连接、焊接或粘合的方式组装成一体，如图2所示。
图3示出了超材料片层的拆分结构示意图。包括至少一个超材料片层1，每个超材料片层1包括两块相同的均匀等厚的片状基板：相对设置的第一基板10和第二基板20，第一基板10的面向第二基板20的表面上附着有阵列排布的人造微结构30。另外，为了提高天线罩的机械性能，还可以在图示的超材料片层1两侧增设高分子材料层(未示出)，如采用PP材料(聚丙烯，Polypropylene)等。图中所示的每一人造微结构所在的虚拟单元格的边长是4mm。
如图4所示，人造微结构30呈所述人造微结构包括两个L形的第一金属线A和第二金属线B，其中第一金属线A绕其直角顶点旋转180度后的图形与第二金属线B相同；第一金属线A与第二金属线B相互拼接形成一封闭矩形M。
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或第二基板20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。基板采用FR-4材料，当然也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、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。
图4中，第一金属线A包括第一分支A1和第二分支A2，且第一分支A1的长度大于第二分支A2的长度。第二金属线B包括第三分支B1和第四分支B2，且第三分支B1的长度大于第四分支B2的长度。
在一优选实施例中，超材料片层的厚度为5.318mm，其中，第一基板10及第二基板20的厚度均为2.65mm，多个第一人造微结构的厚度为0.018mm。第一金属线A与第二金属线B的线宽为w＝0.2mm。第一分支A1和第三分支B1的长度为a＝2.25mm，第二分支A2和第四分支B2的长度为b＝1.6mm。第二分支A2与第四分支B2的距离为c＝0.2mm。第一分支A1与所述第三分支B1的距离为1.4mm。
本实施例的超材料天线罩的S参数随频率变化的示意图如图5所示，在7.3-13GHz频带内，透波系数S21较小，天线罩的整体具有良好的透波性能。
本发明通过调节微结构尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，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低介电常数的限制。在一定频率范围内，有一个比较好的透波效果，而且频率范围比较宽。采用在FR4基板上印制金属微结构，很大程度上降低了工艺复杂性和操作成本。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，频带达到5G以上。
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 (8)
1.一种超材料天线罩，其特征在于，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括相对设置的第一基板和第二基板，第一基板和第二基板之间夹设有阵列排布的多个人造微结构；
所述人造微结构包括两个L形的第一金属线和第二金属线，其中第一金属线绕其直角顶点旋转180度后的图形与第二金属线相同；第一金属线与第二金属线相互拼接形成一封闭矩形，其中第一金属线包括第一分支和第二分支，且第一分支的长度大于第二分支的长度，第二金属线包括第三分支和第四分支，且第三分支的长度大于第四分支的长度。
2.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述人造微结构通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法分别附着在第一基板或第二基板上。
3.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述超材料片层的厚度为5.318mm，其中，第一基板及第二基板的厚度均为2.65mm，多个第一人造微结构的厚度为0.018mm。
4.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述基板由FR-4复合材料制成。
5.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述第一金属线与第二金属线的线宽为0.2mm。
6.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述第二分支与所述第四分支的距离为0.2mm。
7.根据权利要求6所述的天线罩，其特征在于，所述第一分支与所述第三分支的距离为1.4mm。
8.根据权利要求1至7任一项所述的天线罩，其特征在于，所述人造微结构由铜线或者银线制成。
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