CN108777359A - 基于频率触发机制的超材料天线罩 - Google Patents

基于频率触发机制的超材料天线罩 Download PDF

Info

Publication number
CN108777359A
CN108777359A CN201810509041.1A CN201810509041A CN108777359A CN 108777359 A CN108777359 A CN 108777359A CN 201810509041 A CN201810509041 A CN 201810509041A CN 108777359 A CN108777359 A CN 108777359A
Authority
CN
China
Prior art keywords
medium substrate
antenna house
antenna
frequency trigger
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810509041.1A
Other languages
English (en)
Inventor
杨锐
杨佩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201810509041.1A priority Critical patent/CN108777359A/zh
Publication of CN108777359A publication Critical patent/CN108777359A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome
    • H01Q1/422—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome comprising two or more layers of dielectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0013—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective
    • H01Q15/0026—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices working as frequency-selective reflecting surfaces, e.g. FSS, dichroic plates, surfaces being partly transmissive and reflective said selective devices having a stacked geometry or having multiple layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

本发明提出了一种基于频率触发机制的超材料天线罩，旨在保证天线罩物理强度的前提下提高天线罩的透波率，并提高电磁防护的灵活性，同时拓宽透波频段，包括天线罩支撑层和多层超表面结构；所述天线罩支撑层1采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；多层超表面采用由至少两层第一介质基板和夹持在相邻第一介质基板之间的第二介质基板组成的层叠结构，第一介质基板的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片，用于实现天线罩的频率触发特性，第一介质基板的介电常数大于第二介质基板的介电常数。

Description

基于频率触发机制的超材料天线罩
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及一种超材料天线罩，具体涉及一种基于频率触发机制的超材料天线罩，可用于电磁防护领域。
技术背景
超材料作为一种新型人工电磁材料，具有强烈的频率触发机制和电磁波调控能力，能满足宽频带大角度透波设计和电磁屏蔽设计的多重需求。超材料的频率触发机制指的是当一个特定频率的电磁波入射至超材料时，超材料表面的谐振环结构将会发生谐振，使入射至超材料表面的电磁波发生反射或透射。
通常，天线系统都会设置天线罩，它是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，或是由桁架支撑的电介质壳体构成的特殊形状的电磁窗口。天线罩可以有效地使天线和整个微波系统保证正常工作，具有防风沙、耐高温、较好的力学承载能力，如2012年，张锦在名为“大型天线罩的结构分析”的硕士论文中，介绍了不同的天线罩结构，按截面形式可分为均匀单层、A型夹层、B型夹层、C型夹层、多层结构、含金属物的人工介质以及空间骨架结构；根据夹层材料又分为泡沫夹层和蜂窝夹层结构；上述天线罩结构主要作用是保护天线系统免受恶劣环境的影响并实现单纯透波，但其缺陷是不具备电磁防护能力。
为实现电磁防护，基于频率触发特性的超材料天线罩被提出，如申请公布号为CN102760965 A，名称为“大角度透波超材料及其天线罩和天线系统”的专利申请，公开了一种大角度透波的超材料天线罩，包括多个超材料片层，每个超材料片层包括基板和阵列排布在基板上的多个形状和尺寸相同的人造微结构，相邻层之间的人造微结构形状不同，能够在19～22GHz的频段内实现大角度透波，且在大角度入射情况下，损耗相对稳定，能够保持较高的透波率，并屏蔽其他频段的电磁波；但上述技术存在的缺陷是一方面，电磁防护不是针对电磁干扰所在频段，而是直接屏蔽除透波频带外其他所有频带的电磁波，导致电磁防护不够灵活；另一方面，天线罩的透波频带较窄，在不同的频段需求下需要更换天线罩；最后，单纯的利用超材料结构构建天线罩的力学承载往往不够，而均匀单层、A型夹层、B型夹层、C型夹层、多层结构、含金属物的人工介质以及空间骨架结构的天线罩设计并不具备电磁透波和电磁防护的频率选择性设计。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于频率触发机制的超材料天线罩，旨在保证天线罩物理强度的前提下提高天线罩的透波率，并提高电磁防护的灵活性，同时拓宽透波频段。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括相互层叠的天线罩支撑层1和多层超表面2；所述天线罩支撑层1采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述多层超表面2采用由至少两层第一介质基板21和夹持在相邻第一介质基板21之间的第二介质基板22组成的层叠结构，所述第一介质基板21的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片211，用于实现天线罩的频率触发特性，所述第一介质基板21的介电常数大于第二介质基板22的介电常数。
上述基于频率触发机制的超材料天线罩，所述第一介质基板21，其两个侧面上印制的至少三个均匀排布的环形金属贴片211关于第一介质基板21镜像对称，所述环形金属贴片211为方形环金属贴片，各方环形金属贴片的尺寸相等且侧边平行。
上述基于频率触发机制的超材料天线罩，所述第一介质基板21和第二介质基板22均采用柔性材料。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明由于第一介质基板两个板面印制有环形金属贴片，保证多层超表面具有较高的透波率，而多层超表面的透波频段不会触发超表面上环形金属贴片的谐振，因此透波强度不受天线罩支持层的影响，与现有技术相比，在保证天线罩物理强度的前提下，提高了天线罩的透波率。
2、本发明的多层超表面采用由至少两层第一介质基板和夹持在相邻第一介质基板之间的第二介质基板组成的层叠结构，第一介质基板的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片，一方面能够实现特定频段的电磁防护，另一方面拓宽了天线罩的透波频带，与现有技术相比，实现了35GHz下的电磁防护，同时保证0～30GHz下的大角度宽频带透波，提高了天线罩电磁防护的灵活性，并拓宽了透波频带。
附图说明
图1是本发明实施例的整体结构示意图；
图2是本发明实施例第一介质基板一侧板面的结构示意图；
图3是本发明实施例天线罩支撑层在0～40GHz下的传输曲线图；
图4(a)是本发明实施例多层超表面在0～40GHz下的传输曲线图，图4(b)是图4(a)的放大图；
图5(a)是本发明实施例在0～40GHz下的传输曲线图，图5(b)是图5(a)的放大图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的描述。
参照图1，本发明包括相互层叠的天线罩支撑层1和多层超表面2。
所述天线罩支撑层1采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；
在本实施中，天线罩支撑层1采用采用A夹层结构天线罩，其芳纶蜂窝基板的介电常数为1.15，损耗为0.0016，厚度为15mm，玻璃钢蒙皮的介电常数为4.1，损耗为0.011，厚度为0.4mm，蜂窝通孔尺寸不做限定。上述尺寸不作为本发明所用天线罩支撑层的限定。
所述多层超表面2采用由至少两层第一介质基板21和夹持在相邻第一介质基板21之间的第二介质基板22组成的层叠结构，所述第一介质基板21的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片211，用于实现天线罩的频率触发特性，所述第一介质基板21的介电常数大于第二介质基板22的介电常数，第二介质基板作为多层超表面2的支撑层，为保证透波性能，要求采用低介电常数的基板；所述第一介质基板21，其两个侧面上印制的至少三个均匀排布的环形金属贴片211关于第一介质基板21镜像对称，所述环形金属贴片211为方形环金属贴片，各方环形金属贴片的尺寸相等且侧边平行；
在本实施例中，X的取值为3，所述第一介质基板21采用介电常数为2.65，厚度为0.4mm的F4B介质基板，所述的第二介质基板采用介电常数为1.15，厚度为0.4mm的介质基板。上述尺寸不作为对本发明多层超表面2的限制。
所述第一介质基板21和第二介质基板22均采用柔性材料。
参照图2，所述的第一介质基板21上层印制有数个周期排布的环形金属贴片211，为了图示方便，这里仅展示了9个贴片单元，这里不对环形金属贴片211的数目构进行限制，针对不同的情况有不同的设置。在本实施例中，所述环形金属贴片211以4mm*4mm的周期进行均匀排列，环形金属贴片211外径边长为1.58mm，宽为0.2mm。上述尺寸不作为对本发明环形金属贴片211的限制。
本发明天线罩的原理如下：所述天线罩支撑层1为电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述的多层超表面2实现本发明超材料天线罩的频率触发机制，具体功能如下：当所要屏蔽频段的电磁波入射至本发明的超材料天线罩时，将会触发环形金属贴片211发生谐振，阻止该频段的电磁波通过超材料表面，隔离电磁干扰，保证天线系统的正常工作；当其他频段的电磁波通过本发明的超材料天线罩时，将不会产生频率触发，保证电磁波的正常穿透。
以下通过仿真实验，对本发明的技术效果作进一步说明。
1.仿真条件和内容。
1.1仿真条件
使用商业仿真软件CST Microwave Studio对上述实施例进行。
1.2仿真内容：
利用CST软件对天线罩支撑层1、多层超表面2和基于频率触发机制的超材料天线罩在0～40GHz下入射角变化为0度、20度、40度、60度和80度的传输曲线进行无限周期阵列仿真，仿真结构如图3、图4和图5所示。
1.3仿真结果
参照图3，从仿真结果可以看出，当入射角从0度、20度、40度、60度和80度变化时，天线罩支撑层1的S21最低为-2.6dB，位于28GHz处，说明了天线罩支撑层1单元在0～40GHz透波良好。
参照图4，从仿真结果可以看出，当入射角从0度、20度、40度、60度和80度时，多层超表面2实现了38GHz的电磁屏蔽，且在0～37GHz保持良好的透波特性，其S21最低为-2.7dB，位于30.4GHz处。
参照图5，从仿真结果可以看出，当入射角从0度、20度、40度、60度和80度时，本实施例同时能够实现35GHz的电磁防护，其S21低于-40dB，能够完美的避免电磁干扰，保证天线系统正常工作；在0～30GHz下实现了高效透波，其S21最低为-2.4dB，说明了0～30GHz时透波效果良好，完美的实现了宽频带大角度透波。
通过结合天线罩支撑层1和多层超表面2，在保证天线罩物理强度的前提下提高天线罩的透波率，并提高电磁防护的灵活性，同时拓宽透波频段。在实际应用中，通过调节环形金属贴片211的尺寸，可以改变介质基板的厚度、介电常数，从而使通带向低频或高频移动，改变通带带宽和电磁防护频段。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于频率触发机制的超材料天线罩，其特征在于：包括相互层叠的天线罩支撑层(1)和多层超表面(2)；所述天线罩支撑层(1)采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述多层超表面(2)采用由至少两层第一介质基板(21)和夹持在相邻第一介质基板(21)之间的第二介质基板(22)组成的层叠结构，所述第一介质基板(21)的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片(211)，用于实现天线罩的频率触发特性，所述第一介质基板(21)的介电常数大于第二介质基板(22)的介电常数。
2.根据权利要求1所述的基于频率触发机制的超材料天线罩，其特征在于：所述第一介质基板(21)，其两个侧面上印制的至少三个均匀排布的环形金属贴片(211)关于第一介质基板(21)镜像对称，所述环形金属贴片(211)为方形环金属贴片，各方环形金属贴片的尺寸相等且侧边平行。
3.根据权利要求1所述的基于频率触发机制的超材料天线罩，其特征在于：所述第一介质基板(21)和第二介质基板(22)均采用柔性材料。
CN201810509041.1A 2018-05-24 2018-05-24 基于频率触发机制的超材料天线罩 Pending CN108777359A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810509041.1A CN108777359A (zh) 2018-05-24 2018-05-24 基于频率触发机制的超材料天线罩

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810509041.1A CN108777359A (zh) 2018-05-24 2018-05-24 基于频率触发机制的超材料天线罩

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108777359A true CN108777359A (zh) 2018-11-09

Family

ID=64027695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810509041.1A Pending CN108777359A (zh) 2018-05-24 2018-05-24 基于频率触发机制的超材料天线罩

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108777359A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110707431A (zh) * 2019-10-21 2020-01-17 苏州大学 一种基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面
CN112234341A (zh) * 2019-06-30 2021-01-15 Oppo广东移动通信有限公司 天线组件及电子设备
CN112234361A (zh) * 2019-06-30 2021-01-15 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、天线装置及电子设备
CN112234356A (zh) * 2019-06-30 2021-01-15 Oppo广东移动通信有限公司 天线组件及电子设备
CN112259970A (zh) * 2020-09-28 2021-01-22 东莞同济大学研究院 一种宽频透波的吸透一体电磁超结构
CN112290225A (zh) * 2020-10-26 2021-01-29 中国人民解放军空军工程大学 一种大角度宽带频率选择表面
CN112312690A (zh) * 2019-07-26 2021-02-02 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、天线组件及电子设备
WO2021063179A1 (zh) * 2019-09-30 2021-04-08 Oppo广东移动通信有限公司 天线装置及电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682614A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 深圳光启创新技术有限公司 宽频透波材料及其天线罩和天线系统
CN104934720A (zh) * 2014-03-18 2015-09-23 深圳光启创新技术有限公司 低通透波超材料、天线罩及天线系统
CN105186131A (zh) * 2015-07-13 2015-12-23 中国电子科技集团公司第十研究所 多层fss天线罩抗介质衬底分层的制备方法
DE102015002441A1 (de) * 2015-02-26 2016-09-01 Kathrein-Werke Kg Radom sowie zugehörige Mobilfunkantenne und Verfahren zur Herstellung des Radoms oder der Mobilfunkantenne
CN206250381U (zh) * 2016-10-20 2017-06-13 北京空间飞行器总体设计部 一种卫星测控天线共形频率选择表面罩

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103682614A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 深圳光启创新技术有限公司 宽频透波材料及其天线罩和天线系统
CN104934720A (zh) * 2014-03-18 2015-09-23 深圳光启创新技术有限公司 低通透波超材料、天线罩及天线系统
DE102015002441A1 (de) * 2015-02-26 2016-09-01 Kathrein-Werke Kg Radom sowie zugehörige Mobilfunkantenne und Verfahren zur Herstellung des Radoms oder der Mobilfunkantenne
CN105186131A (zh) * 2015-07-13 2015-12-23 中国电子科技集团公司第十研究所 多层fss天线罩抗介质衬底分层的制备方法
CN206250381U (zh) * 2016-10-20 2017-06-13 北京空间飞行器总体设计部 一种卫星测控天线共形频率选择表面罩

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
任然等: "无人作战飞机天线多层频率选择表面技术", 《电讯技术》 *
刘晓春: "《雷达天线罩电性能设计技术》", 15 January 2017 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112234341B (zh) * 2019-06-30 2022-02-01 Oppo广东移动通信有限公司 天线组件及电子设备
CN112234361A (zh) * 2019-06-30 2021-01-15 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、天线装置及电子设备
CN112234356A (zh) * 2019-06-30 2021-01-15 Oppo广东移动通信有限公司 天线组件及电子设备
CN112234361B (zh) * 2019-06-30 2023-09-26 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、天线装置及电子设备
CN112234341A (zh) * 2019-06-30 2021-01-15 Oppo广东移动通信有限公司 天线组件及电子设备
CN112312690A (zh) * 2019-07-26 2021-02-02 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、天线组件及电子设备
CN112312690B (zh) * 2019-07-26 2022-03-08 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件、天线组件及电子设备
WO2021063179A1 (zh) * 2019-09-30 2021-04-08 Oppo广东移动通信有限公司 天线装置及电子设备
US11901625B2 (en) 2019-09-30 2024-02-13 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd. Antenna apparatus and electronic device
CN110707431A (zh) * 2019-10-21 2020-01-17 苏州大学 一种基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面
CN110707431B (zh) * 2019-10-21 2021-04-06 苏州大学 一种基于共面双向叉指贴片结构的人工电介质表面
CN112259970B (zh) * 2020-09-28 2022-08-09 东莞同济大学研究院 一种宽频透波的吸透一体电磁超结构
CN112259970A (zh) * 2020-09-28 2021-01-22 东莞同济大学研究院 一种宽频透波的吸透一体电磁超结构
CN112290225A (zh) * 2020-10-26 2021-01-29 中国人民解放军空军工程大学 一种大角度宽带频率选择表面

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108777359A (zh) 基于频率触发机制的超材料天线罩
CN104993249B (zh) 单通带双侧吸波复合超材料及其天线罩和天线系统
CN107240778B (zh) 超材料天线罩
US6538596B1 (en) Thin, broadband salisbury screen absorber
CN110165414A (zh) 一种用于宽带RCS减缩的反射型宽带4-bit编码超表面
CN108470973A (zh) 基于缝隙加载的宽带rcs缩减超表面
CN111064008B (zh) 一种多种相位调控集成的散射透波一体化电磁编码超材料
CN105576381B (zh) 基于立体结构的频率选择表面结构
CN108963465B (zh) 一种能够产生轨道角动量波的蜂窝状超材料表面
CN111180839B (zh) 基于频率选择表面的宽带电磁波吸收结构
CN106532274A (zh) 基于分裂环超材料单元的双频圆极化平面反射阵天线
CN109586039A (zh) 一种吸/透特性石墨烯频选复合超材料周期结构及天线罩
CN108767488B (zh) 频率选择表面、频率选择表面结构及天线罩
CN114361806A (zh) 一种小型化吸透一体频率选择表面
Zhuang et al. Ultra-wideband RCS reduction using novel configured chessboard metasurface
CN110808464B (zh) 透波/隐身一体化超材料结构及具有其的天线罩、天线窗
CN208580847U (zh) 一种基于强耦合机制的角度极其稳定的高性能通信天线罩
Liu et al. A phased array antenna with a broadly steerable beam based on a low-loss metasurface lens
CN113690626B (zh) 一种大角度的宽带超材料吸波结构及其设计方法
CN114865331A (zh) 一种极化域和空间域非互易性超表面装置和控制方法
KR101050026B1 (ko) 전파차폐체 및 그 제조방법
CN211957940U (zh) 适用于太阳能电池阵的透明宽带低散射超表面
CN204706647U (zh) 超材料滤波结构及具有其的超材料天线罩和天线系统
CN112652888B (zh) 基于频率选择表面的宽频带陡截止透波结构及天线罩
CN102931456B (zh) 一种424GHz准光学频率选择表面

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181109

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication