CN203895608U - 多频段透波超材料、天线罩和天线系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了多频段透波超材料，包括：至少两层介质层和至少两层导电几何结构层；所述至少两层导电几何结构层设置在相邻的两层所述介质层之间；所述功能层包括：带阻透波超材料功能层、低通透波超材料功能层、高通透波超材料功能层或者带通透波超材料功能层；其中，该多频段透波超材料的导电几何结构层和介质层使得该多频段透波超材料具有这样的介电常数和磁导率：使得电磁波在通过该多频段透波超材料时，在多个工作频段内电磁波均穿透该多频段透波超材料，而工作频段外的电磁波被截止。从而有效地增强了工作频段外的电磁波的抑制的效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及材料领域，具体而言，涉及一种多频段透波超材料、天线罩和天线系统。
背景技术
一般地，天线都会设置有天线罩，用于保护天线不受风雨、冰雪等的环境影响。现有天线罩基本是纯材料天线罩，只起到保护天线的作用，使用纯材料天线罩在一定的范围内会影响天线的性能。其中，用于制作天线罩的纯材料为普通的物理材料，在制作纯材料天线罩时，利用半波长或四分之一波长理论，并根据不同的天线频率，改变纯材料的厚度，用以减小对电磁波的透波响应。在设计制作纯材料天线罩的时候，当天线的辐射波波长过长时，利用半波长或四分之一波长理论，纯材料天线罩会显得比较厚，进而使得整个天线罩的重量过大。另外，普通的纯材料天线罩在宽带宽角内的透波特性较差，影响天线性能，且对于多频段工作的天线而言，现有的天线罩都难以达到很好的透波效果。
针对现有技术中对多频段工作的天线的透波效果不好的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种多频段透波超材料、天线罩和天线系统，以解决对多频段工作的天线的透波效果不好的问题。
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种多频段透波超材料。该多频段透波超材料包括：多层功能层，所述功能层包括至少两层介质层和至少两层导电几何结构层，所述至少两层导电几何结构设置在相邻的两层所述介质层之间；
其中，该多频段透波超材料的导电几何结构层和介质层使得该多频段透波超材料具有这样的介电常数和磁导率：使得电磁波在通过该多频段透波超材料时，在多个工作频段内电磁波均穿透该多频段透波超材料，而工作频段外的电磁波被截止。
本实用新型的一个方面还提供了一种天线罩，包括上述多频段透波超材料。
本实用新型的另一个方面还提供了一种天线系统，包括上述天线罩，所述天线罩 罩设在天线上。
通过本实用新型，采用一种多频段透波超材料包括：多层功能层，功能层包括至少两层介质层和至少两层导电几何结构，其中，至少两层导电几何结构设置在相邻的两层介质层之间，解决了多频段工作的天线的透波效果不好的问题，进而达到了多频段透波的效果。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是根据本实用新型实施例的功能层的剖视图；
图2是根据本实用新型实施例的耶路撒冷十字型结构的示意图；
图3是根据本实用新型第一实施例的高通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图；
图4是根据本实用新型第二实施例的高通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图；
图5是根据本实用新型实施例的田字型结构的示意图；
图6是根据本实用新型第一实施例的带通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图；
图7是根据本实用新型第二实施例的带通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图；
图8示出了根据本实用新型的带阻透波超材料实施例一的主视示意图；
图9示出了实施例一的带阻透波超材料的S21参数仿真曲线示意图；
图10示出了根据本实用新型的带阻透波超材料实施例二的主视示意图；
图11示出了实施例二的TE模和TM模的S21参数仿真曲线示意图；
图12示出了根据本实用新型的带阻透波超材料实施例三的侧视示意图；
图13示出了图12的带阻透波超材料的TE模的S21参数仿真曲线示意图；
图14示出了图12的带阻透波超材料的TM模的S21参数仿真曲线示意图；
图15示出了根据本实用新型的带阻透波超材料实施例四的TE模的S21参数仿真曲线示意图；
图16示出了根据本实用新型的带阻透波超材料实施例四的TM模的S21参数仿真曲线示意图；
图17示出了根据本实用新型的带阻透波超材料实施例五中的其中一层功能层的主视示意图；
图18示出了根据本实用新型的带阻透波超材料实施例五的侧视示意图；
图19示出了图18的带阻透波超材料的TE模的S21参数仿真曲线示意图；
图20示出了图18的带阻透波超材料的TM模的S21参数仿真曲线示意图；
图21示出了实施例一的低通透波超材料的侧视示意图；
图22示出了实施例一的低通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图；
图23示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为0°时，TE模的频率响应仿真图；
图24示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为10°时，TE模的频率响应仿真图；
图25示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为20°时，TE模的频率响应仿真图；
图26示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为30°时，TE模的频率响应仿真图；
图27示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为0°时，TM模的频率响应仿真图；
图28示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为10°时，TM模的频率响应仿真图；
图29示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为20°时，TM模的频率响应仿真图；
图30示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为30°时，TM模的频率响应仿真图；
图31示出了根据本实用新型的低通透波超材料的实施例三中的第二结构层的主视示意图；
图32示出了根据本实用新型的低通透波超材料的实施例三的侧视示意图；
图33示出了图32的低通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图；
图34是根据本实用新型又一实施例的多频段透波超材料的结构层中的耶路撒冷十字型结构图意图；
图35是根据图34所示的耶路撒冷十字型结构中十字型结构的示意图；
图36是根据本实用新型又一实施例的多频段透波超材料的结构层中导电几何结构的分布图；
图37是根据本实用新型又一实施例的多频段透波超材料的TE模S21传输特性曲线的仿真图；以及
图38是根据本实用新型又一实施例的多频段透波超材料的TM模S21传输特性曲线的仿真图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
本实用新型实施例提供了一种多频段透波超材料。该超材料包括多层功能层，功能层包括至少两层介质层和至少两层导电几何结构，其中，至少两层导电几何结构设置在相邻的两层介质层之间；其中，该多频段透波超材料的导电几何结构层和介质层使得该多频段透波超材料具有这样的介电常数和磁导率：使得电磁波在通过该多频段透波超材料时，在多个工作频段内电磁波均穿透该多频段透波超材料，而工作频段外的电磁波被截止。功能层可以包括多层功能层，各功能层可以相同也可以不相同，当采用不同的功能层进行耦合时，根据不同的功能层的透波性能可以实现对双频或者多频段的频率的透波作用。例如，当选择选择两个不同频段的带通透波超材料功能层时，由于两个带通透波超材料功能层的透波频段不同，可以实现两端带通频率的透波作用。
另外，在本实用新型实施例多频段透波超材料的一个功能层中，包括至少两层介质层和至少两层导电几何结构，其中，至少两层导电几何结构设置在相邻的两层介质层之间，导电几何结构为具有导电性能的几何结构。导电几何结构可以采用金属材料，如金、银、铜等等，也可以采用非金属材料，如石墨等。在功能层中选择两层不同透波特性的导电几何结构，可以调节高通透波超材料的介电常数和磁导率，可以使得在天线的电磁波透过本实用新型实施例中提供的多频段透波超材料时，多个频段的电磁波能高效率穿透，达到多频段透波的效果。另外，介质层具有一定的机械强度，介质层可以采用聚四氟乙烯等物理材料，也可以采用其他的非金属物理材料例如陶瓷等。介质层使得多频段透波超材料具有一定的机械特性。
优选地，本实用新型实施例的多频段透波超材料的功能层可以是高通透波超材料功能层，如图1所示，该功能层包括介质层10和导电几何结构20，导电几何结构20置于介质层10上。导电几何结构20包括多个网格状导电几何结构，至少部分导电几何结构中设置有导电线材，其中，介质层10具有一定的机械强度，介质层10可以采 用聚四氟乙烯等物理材料，也可以采用其他的非金属物理材料例如陶瓷等。导电几何结构为具有导电性能的几何结构，该导电几何结构可以是具有导电性的十字型的几何结构。导电几何结构可以采用金属材料，如金、银、铜等等，也可以采用非金属材料，如石墨等。导电几何结构的十字型结构包括十字型变形后的形状，例如耶路撒冷十字型等。
通过本实用新型实施例，将导电几何结构20置于介质层10上，通过采用不同的介质层10，以及根据不同的介质层10调整网格状导电几何结构，以调节高通透波超材料的介电常数和磁导率，可以使得在天线的电磁波透过本实用新型实施例中提供的高通透波超材料时，工作频段内的电磁波能高效率穿透，低于工作频段的电磁波被有效地截止。
优选地，本实用新型实施例的高通透波超材料中多个网格状的导电几何结构可以是周期性排布，也可以是非周期性排布，可以根据天线工作频率进行调整，其中，周期性排布和非周期性排布的排布规律均可以根据天线的工作参数进行调整，以实现电容和电感的调节。
进一步地，周期性排布或者非周期性排布的多个网格状的导电几何结构可以为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、椭圆形中至少一种。其中，网格状中的网格可以是封闭的，也可以是开口的。多个网格状的导电几何结构可以是平面结构也可以是立体结构，导电几何结构为平面结构时，导电线材位于多个网格状的导电几何结构内；网格状的导电几何结构为立体结构时，导电线材与多个网格状的导电几何结构位于不同的平面。
其中，导电线材与网格状的导电几何结构可以电性隔绝，导电线材包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、以及十字型的变形结构。导电线材可以是直线形成的十字型、一字型、雪花型以及十字型的变形结构中任意一种结构，也可以是其中的任意几种的组合。其中，十字型的变形结构可以是耶路撒冷十字形结构。
优选地，导电几何结构为金属导电几何结构，金属导电几何结构采用以下任一种或者几种组合金属材料：固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料。金属导电几何结构并不限于金、银、铜等金属，还可以使用其他的金属或者合金。金属材料可以是固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料，也可以是多中状态下的金属材料的组合使用。通过本实施例，采用金属导电几何结构，能够使高频段的电磁波更易穿透高通透波超材料。
优选地，介质层10可以为复合材料基板或陶瓷基板。其中，复合材料可以是热固性材料，也可以是热塑性材料。复合材料为包含纤维、泡沫和/或蜂窝的一层或者多层结构。复合材料含有增强材料，该增强材料为纤维、织物或者粒子中的至少一种。一般来说，介质层的介电常数ε应该满足：1≤ε≤5。
介质层10具有一定的机械强度，将该高通透波超材料应用于天线罩时，能够起到一定的保护作用，不同尺寸的导电几何结构能够对天线的电磁波起到高通频选作用，提高了天线罩对工作频段外的电磁波的抑制效果，尤其是提高了电线工作频率外的低频段的电磁波的抑制特性。
本实用新型实施例的介质层为多层物料理料层，导电几何结构20为多层导电几何结构20，多层导电几何结构20分别置于多层介质层表面。其中，多层导电几何结构20中任意两个上下层之间可以是相对设置，也可以是错开设置。
优选地，不同功能层之间或者同一功能层中的导电几何结构形状、大小、线宽、以及间距相同或者不同。不同的功能层之间的导电几何结构的形状、大小、线宽、以及间距可以相同也可以不同，也可以是其中任意一个量相同或者任意几个量相同，同一功能层之间的导电几何结构同理。另外，不同功能层之间或者同一功能层的导电线材的形状大小、线宽、以及间距相同或者不同。
根据实施时的具体情况，导电几何结构层的厚度可以为1至50微米，优选地，导电几何结构层的厚度为10至30微米，更加优选地，导电几何结构层的厚度可以为16至20微米。导电几何结构的宽度可以为2至6毫米。导电几何结构的线宽为可以为20至1000微米，优选地，导电几何结构的线宽为50至500微米。更加优选地，导电几何结构的线宽为50至500微米。
将本实用新型实施例提供的高通透波超材料用于天线罩中，由于天线罩在设计制作时，根据天线的形状的不同，其结构形状也会不同，这就会导致高通透波超材料中的介质层10具有规则或者不规则的表面。功能层中的导电几何结构可以至于规则的介质层10表面，也可以至于不规则的介质层10的表面。
可以根据天线的电磁波的波长，设置不同的功能层的层数，实现天线电磁波的高通透波特性。
本实用新型实施例中的十字型导电几何结构中的导电线材包括横向一字型结构和纵向一字型结构。横向一字形结构的长度和纵向一字形结构的长度可以相等也可以不相等，横向一字形结构的长度和纵向一字形结构的长度可以根据需要进行选取。
导电几何结构中的导电线材的长度与纵向一字型结构的长度相等；以及导电几何结构中的导电线材的宽度与横向一字型结构的长度相等。由于横向一字型结构的长度和纵向一字形结构的长度可以相等也可以不相等，其中横向一字型结构的长度和纵向一字形结构的长度可以根据需要进行选取，因此，导电几何结构中的导电线材的长度和宽度可以相等也可以不相等。横向一字型结构的宽度或者纵向一字型结构的宽度均称为十字形结构的导电线材的线宽。横向一字型结构的宽度和纵向一字型结构的宽度相等。各相邻十字型结构之间无缝隙相连接，排列均匀，呈网格状。
优选地，十字型结构为耶路撒冷十字型结构，耶路撒冷十字型结构包括横向一字 型结构及其两端的一字型结构和纵向一字型结构及其两端的一字型结构。该耶路撒冷十字型结构为十字型结构的变形，其形状相当于在十字型结构的四个端点出个添加了一个一字形结构，如图2所示，端点出的一字型结构的长度小于横向一字型结构的长度和纵向一字型结构的长度。
需要说明的是，该耶路撒冷十字型结构也可以称为雪花型结构，也可以称为四角有缺口的田字型结构。耶路撒冷十字型结构的名称并不对本实用新型有不当限定，只要是结构与本实用新型中的导电几何结构相同的导电几何结构，均在本实用新型的保护范围之内。
本实用新型实施例中的高通透波超材料中各功能层的介质层10相对介电常数可以相同，也可以不相同。还可以是多层介质层10中部分介质层10的相对介电常数相同。例如，高通透波超材料包括4层介质层10，4层介质层10的相对介电常数均为3，或者三层介质层10的相对介电常数为3，剩下一层介质层10的相对介电常数为3.1。
各介质层10的厚度可以相同，也可以不相同，还可以是多层介质层10中部分介质层10的厚度相同。例如，高通透波超材料包括4层介质层10，4层介质层10的厚度均为4mm，或者其中三层介质层10的厚度为4mm，第四层介质层10的厚度为4.5mm。同样地，各介质层10选取的物理材料可以相同，也可以不相同。
相应地，功能层之间的介质层10上的导电几何结构20中的导电线材的厚度可以相同，也可以不相同。高通透波超材料包括4层导电几何结构20，4层导电几何结构20的厚度均为0.018mm，或者其中三层介质层10的厚度为0.018mm，第四层导电几何结构20的厚度为0.015mm。
多层结构层20中的各层的十字型结构可以是相同的十字型结构，也可以十字型结构变形后的结构。例如，4层导电几何结构20中的导电几何结构中导电线材均为十字型结构，或者均为耶路撒冷十字型结构，也可以是，3层导电几何结构20中的导电几何结构为十字型结构，剩下一层导电几何结构20的导电线材为耶路撒冷十字型结构。
高通透波超材料包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，第一介质层、第二介质层和第三介质层的相对介电常数相等。且第一介质层、第二介质层102和第三介质层的相对介电常数均为3。
第一介质层、第二介质层和第三介质层的厚度相同，均为4mm。
高通透波超材料包括第一结构层、第二结构层、第三结构层和第四结构层，第一结构层置于第一介质层的表面，第二结构层置于第一介质层和第二介质层之间，第三结构层置于第二介质层和第三介质层之间，第四结构层置于第三介质层的表面。其中，第一结构层、第二结构层、第三结构层和第四结构层中的导电几何结构中的导电线材厚度相同。各结构层的导电线材的厚度均为0.018毫米。
第一结构层、第二结构层、第三结构层和第四结构层中的导电线材均为十字型结构。并且各层之间的十字型结构的长度相等，宽度相等。
十字型结构的纵向一字型结构的长度为9mm，横向一字型结构的长度为3mm。也即是十字型结构的长度为9mm，宽度为3mm。第一层导电几何结构中的导电线材的线宽为0.5毫米，第二层导电几何结构中的导电线材的线宽为0.7毫米，第三层导电几何结构中的导电线材的线宽为0.7毫米，第四层导电几何结构中的导电线材的线宽为0.5毫米。
图3是根据本实用新型第一实施例的高通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图。如图所示，图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模(英文名TE mode，表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的高通透波超材料时的S21参数仿真结果。频率在13GHz以上的电磁波具有良好的透波特性，对频率为13GHz以下的电磁波有明显的抑制作用，且频率越小，抑制特性越好。
在本实施例中，高通透波超材料的功能层包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，第一介质层、第二介质层和第三介质层的相对介电常数相等。且第一介质层、第二介质层和第三介质层的相对介电常数均为3。
第一介质层、第二介质层和第三介质层的厚度相同，均为4mm。
高通透波超材料包括第一层导电几何结构、第二层导电几何结构、第三层导电几何结构和第四层导电几何结构，第一层导电几何结构置于第一介质层的表面，第二层导电几何结构置于第一介质层和第二介质层之间，第三层导电几何结构置于第二介质层和第三介质层之间，第四层导电几何结构置于第四介质层的表面。其中，第一层导电几何结构、第二层导电几何结构、第三层导电几何结构和第四层导电几何结构中的导电线材的厚度相同。各层导电几何结构的导电线材的厚度均为0.018毫米。
第一层导电几何结构中的导电几何结构导电线材的为耶路撒冷十字型结构，第二层导电几何结构206、第三层导电几何结构和第四层导电几何结构中的导电几何结构导电线材的均为十字型结构。各层之间的十字型结构的长度相等，宽度相等。
第一层导电几何结构中的耶路撒冷十字型结构的长度和宽度与第二层导电几何结构、第三层导电几何结构、第四层导电几何结构中的十字型结构的长度和宽度相等，其中，第二层导电几何结构、第三层导电几何结构、第四层导电几何结构中的十字型结构的纵向一字型结构的长度为9mm，横向一字型结构的长度为3mm。也即是十字型结构的长度为9mm，宽度为3mm。第一层导电几何结构中的导电几何结构导电线材的线宽为0.5毫米，第二层导电几何结构中的导电几何结构导电线材的线宽为0.7 毫米，第三层导电几何结构中的导电几何结构导电线材的线宽为0.7毫米，第四层导电几何结构中的导电几何结构导电线材的线宽为0.5毫米。
图4是根据本实用新型第二实施例的高通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图。如图10所示，图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模(英文名TE mode，表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的高通透波超材料时的S21参数仿真结果。频率在13GHz以上的电磁波具有良好的透波特性，频率为13GHz以下的电磁波得到了明显的抑制作用。其中，从频率为11～13GHz范围内，随着频率的减小，电磁波的衰减较为迅速，表示该高通透波超材料对电磁波的抑制的强度在这一区间内，抑制效果随着频率的减小而逐渐增强。再随着频率的减小，对电磁波的抑制特性开始减弱，但是人具有一定的抑制效果。
优选地，实用新型实施例的多频段透波超材料的功能层可以为带通透波超材料功能层，如图1所示，该带通透波超材料包括多层功能层，功能层包括介质层10和设置在介质层上的导电几何结构20，其中，多层功能层中至少一层功能层中的介质层10上的导电几何结构为导电片，另一层功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构。带通透波超材料可以包括多层功能层，其中，多层功能层可以是包括一层或者多层介质层上的导电几何结构为导电片的功能层，多层功能层可以是包括一层或者多层介质层上的网格状的导电几何结构可以是一层。
介质层10具有一定的机械强度，介质层10可以采用聚四氟乙烯等物理材料，也可以采用其他的非金属物理材料例如陶瓷等。导电几何结构可以为具有导电性的田字型结构或者雪花型结构或者方片型结构。导电几何结构可以采用金属材料，如金、银、铜等等，也可以采用非金属材料，如石墨等。
通过本实用新型实施例，采用带通透波超材料多层功能层，功能层包括介质层和设置在介质层上的导电几何结构，其中，多层功能层中至少一层功能层中的介质层上的导电几何结构为导电片，另一层功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构，根据介质层中不同的导电几何结构，调节带通透波超材料的介电常数和磁导率，使通带内的电磁波具有高通透性，解决了天线罩透波效果不好的问题，进而提高了天线罩对通带内的透波效果。
优选地，多层功能层中相邻两功能层之间可以设置有夹层，也可以没有夹层，当相邻两功能层之间可以设置有夹层时，该夹层中可以设置有泡沫和/或蜂窝的材料。功能层的表面设置有保护层。该保护层可以设置在功能层一侧，也可以设置在功能层的两侧，通过设置保护层能够使得带通透波超材料具有一定的机械强度以保护带通透波超材料不受到损害。
多层功能层中相邻两层功能层之间可以相对设置，可以错开设置，也可以是间隔设置，设置方式灵活，可以根据需要进行选择。
优选地，功能层中导电几何结构的网格状可以是由三角形、四边形、五边形、六边形、圆形或椭圆形中至少一种连接成的网格状。其中，网格状的网格可以是封闭，也可以是开口的。进一步地，网格状的网格中还可以设置有直线或者曲线形成的导电几何结构，该导电几何结构包括十字型结构、一字型结构、雪花型结构、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构，其中十字型的变形结构可以是耶鲁撒冷十字型结构。根据不同的网格以及网格中的导电几何结构的不同可以调节带通透波超材料对电磁波的透波或者抑制特性。
优选地，导电片为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至少一种形状的导电片。在导电片还上镂空设置有导电几何结构,该导电几何结构可以包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构的导电线材，其中十字型的变形结构可以是耶鲁撒冷十字型结构。导电片和导电线材含有以下任一种或者几种组合金属材料：固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料。金属材料并不限于金、银、铜等金属，还可以使用其他的金属或者合金。金属材料可以是固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料，也可以是多种状态下的金属材料的组合使用。通过采用不同的导电片从而影响带通率波超材料的透波特性。
同一功能层中的不同的导电片的形状、大小、以及间距相同或者不同。不同的功能层的导电片的形状、大小、以及间距相同或者不同。不同的功能层之间的导电几何结构的形状、大小、线宽、以及间距相同或者不同。同一功能层的不同导电几何结构的形状、大小、线宽、以及间距相同或者不同。
优选地，导电线材包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、以及十字型的变形结构，还可以包括直线或者曲线形成的田字型结构、雪花型结构或者方片型结构中至少一种。其中，田字型结构为四角开口的田字形结构；雪花型结构置于具有中心镂空圆的导电几何结构中，雪花型结构位于中心镂空圆的中心位置；方片型结构包括不连通的方片结构和连通的方片结构，连通的方片结构为镂空方片网格。
图5是根据本实用新型实施例的田字型结构的示意图。如图5所示，田字型结构为四角开口的田字型结构。田字型结构的四角开口尺寸相同。图5所示a为田字型结构的长度，b为田字型结构的宽度，d表示田字型结构的线宽。当带通透波超材料包括多层功能层时，任意两不同功能层中的田字型结构的线宽d可以相等，也可以不相等，田字型结构厚度相同。线宽d表示导电线材中线条的宽度。
本实用新型实施例的雪花型结构可以置于具有中心镂空圆的导电几何结构单元中，雪花型结构位于中心镂空圆的中心位置。导电几何结构为正方形单元，中心镂空 圆的圆心与正方形的中心在同一位置。雪花型结构包括中间的十字型结构和十字型结构端点处的一字型结构，其中十字型结构的长和宽相等，且十字型的长度表示雪花型结构的长边的长度，一字型结构的长度均相等，且表示雪花型结构的短边的长度。
优选地，导电几何结构采用以下任一种或者几种组合金属材料：固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料。金属材料并不限于金、银、铜等金属，还可以使用其他的金属或者合金。金属材料可以是固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料，也可以是多中状态下的金属材料的组合使用。通过本实施例，采用金属材料，能够使电磁波更易穿透带通透波超材料。
优选地，本实施例中的导电几何结构采用液态银材料，能够使电磁波更易穿透带通透波超材料。
优选地，介质层10为复合材料基板或陶瓷基板，用于增加功能层的机械强度。其中，复合材料可以采用热固性材料，也可以采用热塑性材料。例如，复合材料可以是包含纤维、泡沫和/或蜂窝的一层结构材料或者多层结构材料。
进一步优选地，该复合材料还含有增强材料，该增强材料为纤维、织物或者粒子中的至少一种，通过增加增强型材料，用以增强功能层的机械强度。
本实用新型实施例的介质层10相对介电常数的取值范围可以为2.8～3.1。介质层10的厚度可以为0.2～4mm。导电几何结构的厚度为0.018mm。天线罩采用本实用新型实施例的带通透波超材料，对工作频段在6.5～16GHz的天线产生的电磁波具有良好的透射特性，透波率较高。
示例1：
带通透波超材料包括第一介质层、第二介质层和第三介质层，第一介质层、第二介质层和第三介质层的相对介电常数相等。且第一介质层、第二介质层和第三介质层的相对介电常数均为3。
第一介质层、第二介质层和第三介质层的厚度相同，均为4mm。
带通透波超材料包括第一导电几何结构、第二导电几何结构、第三导电几何结构和第四导电几何结构，第一导电几何结构置于第一介质层的表面，第二导电几何结构置于第一介质层和第二介质层之间，第三导电几何结构置于第二介质层和第三介质层之间，第四导电几何结构置于第三介质层的表面。其中，第一导电几何结构、第二导电几何结构、第三导电几何结构和第四导电几何结构中的导电几何结构的厚度相同。各导电几何结构的导电几何结构的厚度均为0.018毫米。
第一导电几何结构、第二导电几何结构、第三导电几何结构和第四导电几何结构中的导电几何结构的导电线材均为田字型结构。并且各层之间的田字型结构的长度a相等，宽度b也相等。
田字型结构的长度a为9mm，宽度为3mm。第一导电几何结构中的导电几何结构的线宽d为0.5毫米，第二导电几何结构中的导电几何结构的线宽d为0.7毫米，第三导电几何结构中的导电几何结构的线宽d为0.7毫米，第四导电几何结构104中的导电几何结构的线宽d为0.5毫米。
图6是根据本实用新型第一实施例的带通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图。如图6所示，横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模(英文名TE mode，表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的带通透波超材料时的S21参数仿真结果。频率在13～16GHz之间的电磁波具有良好的透波特性，频率在13～16GHz之外的电磁波得到了明显的抑制作用。频率小于13GHz区间内的电磁波，随着频率的减小，带通透波超材料对电磁波的抑制特性越好；频率大于16GHz区间内的电磁波，随着频率的增大，带通透波超材料对电磁波的抑制特性也越好。
示例2：
带通透波超材料包括所曾功能层，介质层10的相对介电常数均为2.8，厚度均为0.9mm。导电几何结构包括多个雪花型结构，雪花型结构置于具有中心镂空圆的导电几何结构单元中，雪花型结构位于中心镂空圆的中心位置。导电几何结构的单元为正方形单元，正方形单元的边长为10mm。中心镂空圆的圆心与正方形单元的中心在同一位置，中心镂空圆的半径为4.3mm。雪花型结构包括中间的十字型结构和十字型端点处的一字型结构，其中十字型结构的长和宽相等，且十字型的长度表示雪花型结构的长边的长度，其长边的长度为5mm。一字型结构的长度均相等，且表示雪花型结构的短边的长度，其短边的长度为4.3mm。雪花型结构采用液态银材料，其厚度为0.018mm。雪花型结构的线宽为0.4mm。
图7是根据本实用新型第二实施例的带通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图。如图5所示，横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模(英文名TE mode，表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的带通透波超材料时的S21参数仿真结果。
频段在12～14.5GHz内的电磁波的损耗S21透波率值都小于1，表示这段频率内的电磁波透波率很高，实现了对工作频段的电磁波高透射率的性能要求。频率在12～14.5GHz之间的电磁波具有良好的透波特性，频率在12～14.5GHz之外的电磁波得到了明显的抑制作用。频率小于12GHz区间内的电磁波，随着频率的减小，带通透波 超材料对电磁波的抑制特性越好；频率大于14.5GHz区间内的电磁波，随着频率的增大，带通透波超材料对电磁波的抑制特性也越好。
本实用新型实施例的多频段透波超材料的功能层可以为带阻透波超材料功能层，如图8所示，实施例一的带阻透波超材料包括：至少两层功能层，各功能层包括：介质层10和和设置在所述介质层上的导电几何结构，所述多层功能层中至少一层功能层的所述导电几何结构包括多个不连通的导电几何结构，导电几何结构置于介质层10上，导电几何结构包括多个不连通的导电几何结构(图中仅示出了一个导电几何结构)。在实施例一中，如图8所示，每个导电几何结构均为十字型，导电几何结构包括：导电部21和导电部22。介质层10由非金属材料制成，导电部21与导电部22均设置在介质层10上。这里制造基板的非金属材料有多种选择，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。
应用实施例一的带阻透波超材料，将导电几何结构置于介质层10上，导电几何结构包括多个不连通的导电几何结构，这样能够调节带阻透波超材料的介电常数和磁导率，可以使得电磁波通过本实用新型的带阻透波超材料时，工作频段的电磁波能高效率穿透，对工作频段外的电磁波具有较好的抑制作用，从而解决了天线罩对工作频段外的电磁波抑制效果不好的问题，进而达到了增强对工作频段外的电磁波的抑制的效果。
如图8所示，在实施例一中，导电部21的中部与导电部22的中部相连接，实施例一的带阻透波超材料在Ku波段高透波率基础上，能够对7至9GHz波段的电磁波起到抑制作用，也就是说，实施例一的带阻透波超材料针对7至9GHz波段内的电磁波具有低透波率。导电部21与导电部22可以使用任意金属材料，例如金、银或铜或几种金属的混合物。所使用的任意金属材料的原始形态可以是固体、液体、流状体或粉状物。导电部21与导电部22的表面优选为矩形。当然，作为可行的实施方式，也可以将导电部21的一个端部与导电部22的中部或一个端部连接。
如图8所示，在实施例一中，导电部21与导电部22相垂直。这样，对小于6GHz波段内的电磁波具有很好的透波性能。当然，作为可行的实施方式，导电部21与导电部22可以形成小于90°的夹角。优选地，导电部21与导电部22的长度相等。
如图8所示，在实施例一中，导电部21与导电部22一体成型，导电几何结构的各部分厚度相等。也就是说，导电部21与导电部22相连接处的厚度与导电部21或导电部22的其他部分的厚度相等。这样，节省了导电几何结构所使用的金属材料，降低了生产成本。
在实施例一中，导电几何结构为两层，介质层10也为三层，每层导电几何结构位于相邻两层介质层10之间。其中，各结构参数如下：介质层10的相对介电常数为3.1， 介质层10的厚度为1.5mm，导电部21与导电部22的长度均为8mm，宽度均为0.3mm，厚度均为0.018mm，导电部21与导电部22均由液态银制成。优选地，相邻的两层功能层之间设有夹层。进一步优选地，多层功能层的相邻两层之间相对设置、间隔设置或者错开设置。
如图9示出了实施例一的带阻透波超材料的S21参数仿真曲线示意图，如图所示，图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，TE模(英文名TE mode，表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的带阻透波超材料时的S21参数仿真结果。仿真曲线显示电磁波的损耗S21的透波率值在低频段1GHz内与高频段10到20GHz都接近0dB，表示电磁波透波率很高，实现了带阻的电磁波透射的性能。从图9可以看出，实施例一的带阻透波超材料对7至9GHz波段内的电磁波起到了抑制作用，对Ku波段的电磁波起到透波作用。在实施例一种，介质层10为平板状，当然，可以是弧形状或其他合适的形状。
如图10所示，实施例二的带阻透波超材料包括至少两层功能层，各功能层包括：介质层10和导电几何结构，导电几何结构置于介质层10上，导电几何结构包括多个不连通的导电几何结构(图中仅示出了两个导电几何结构)。，实施例二的带阻透波超材料的导电几何结构呈十字型的变形结构。具体地，就是在实施例一的基础上还包括两个导电条23以及两个导电条24。两个导电条23与导电部21的两端一一对应连接。两个导电条24与导电部22的两端一一对应连接。导电条23和导电条24也设置在介质层10上。。实施例二的带阻透波超材料对Ku波段的电磁波起到透波作用的同时，对9至11GHz波段内的电磁波起到了很好的抑制作用。
如图10所示，在实施例二中，各导电条23均与导电部22平行，各导电条24均与导电部21平行。这样，对小于8GHz波段的电磁波起到了更好的透波作用。
如图10所示，在实施例二中，各导电条23的中部与导电部21连接，各导电条24的中部与导电部22连接。这样，对Ku波段的电磁波起到更好的透波作用。优选地，各导电条23与各导电条24的长度相等。
在实施例二中，导电几何结构为一层，介质层10为两层，导电几何结构位于两层介质层10之间。其中，各结构参数如下：介质层10的相对介电常数为3，介质层10的厚度为4mm；导电部21与导电部22的长度均为9mm，宽度均为0.5mm，厚度均为0.018mm；导电条23和导电条24的长度均为5mm，宽度均为0.5mm，厚度均为0.018mm；导电部21、导电部22、导电条23和导电条24均由液态银制成。
图11示出了实施例二的TE模和TM模的S21参数仿真曲线示意图。如图11所示，图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模和TD模辐射 到上述实施例中的带阻透波超材料时的S21参数仿真结果。如图4所示，实施例二的带阻透波超材料对Ku波段的电磁波起到透波作用的同时，对9至11GHz波段内的电磁波起到了很好的抑制作用。此外，TE模仿真的透波性能与TM模仿真的透波性能在小于18GHz波段内基本相同，实施例二的带阻透波超材料的透波性能更稳定。
实施例三的带阻透波超材料包括至少两层功能层，各功能层包括：介质层10和导电几何结构，导电几何结构置于介质层10上，导电几何结构包括多个不连通的导电几何结构。在实施例三中，包括三个导电几何结构。
将电磁波投射到实施例三的带阻透波超材料上，带阻透波超材料针对该电磁波中的Ku波段具有很好的透波性能，缩减了雷达散射截面(RCS)。也就是说，Ku波段的电磁波能够基本上穿过实施例三的带阻透波超材料。
如图12所示，实施例三的带阻透波超材料还包括六层预浸料51和两层PMI52。介质层由非金属材料制成，导电几何结构设置在介质层上。实施例三的带阻透波超材料的各结构的叠层次序依次为：预浸料51、导电几何结构(导电几何结构为镂空的单环)、预浸料51、PMI52、预浸料51、导电几何结构(导电几何结构为镂空的单环)、预浸料51、PMI52、预浸料51、导电几何结构(导电几何结构为镂空的单环)以及预浸料51。这样，实施例三的带阻透波超材料在Ku波段的透波率更高。PMI52优选为泡沫。在上述各结构的叠层次序未示出介质层，但是，导电几何结构仍然设置在介质层10上，两者在的叠层次序可以调换。
在实施例三中，各结构参数如下：各预浸料51的相对介电常数为2.85，损耗正切值为0.005，厚度为0.2mm；介质层10的相对介电常数均为3.2，损耗正切值均为0.002，厚度均为0.025mm，镂空的单环和镂空的单环的长度均为10mm，宽度均为8.7mm；PMI52的相对介电常数为1.05，损耗正切值为0.006，厚度为4mm。导电几何结构均由铜制成，厚度均为0.018mm，其中，镂空单环的外半径为3.9mm，内半径为2.7mm，镂空单环的外半径为3.7mm，内半径为2.5mm。
图13示出了实施例三的带阻透波超材料的TE模的S21参数仿真曲线示意图，图14示出了实施例三的带阻透波超材料的TM模的S21参数仿真曲线示意图。图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模(英文名TE mode，表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的带阻透波超材料时的S21参数仿真结果。将电磁波投射到实施例三的带阻透波超材料上，显示电磁波的损耗S21的透波率值接近0dB，带阻透波超材料针对该电磁波中的Ku波段具有很好的透波性能，缩减了雷达散射截面(RCS)。也就是说，Ku波段的电磁波能够基本上穿过实施例三的带阻透波超材料。此外，TE模和TM模的仿真曲线基本相同，实施例三的带阻透波超材料的透波性能比 较稳定。
实施例四的带阻透波超材料包括至少两层功能层，各功能层包括：介质层10和导电几何结构，导电几何结构置于介质层10上，导电几何结构包括多个不连通的导电几何结构。在实施例四中，包括三个导电几何结构，导电几何结构的导电几何结构的具体结构如图10所示。三个导电几何结构的导电几何结构呈镂空的双环。
在实施例四中，各结构参数如下：各预浸料51的相对介电常数为2.85，损耗正切值为0.005，厚度为0.2mm；介质层10的相对介电常数均为3.2，损耗正切值均为0.002，厚度均为0.025mm，镂空的双环的长度均为9.6mm，宽度均为8.3mm；PMI52的相对介电常数为1.05，损耗正切值为0.006，厚度为4mm。导电几何结构均由铜制成，厚度均为0.018mm，其中，镂空的双环的外环的内外半径分别为2.5mm和3.9mm，镂空的双环的内环的内外半径为0.5mm和1.8mm。
图15示出了实施例四的带阻透波超材料的TE模的S21参数仿真曲线示意图。图16示出了实施例四的带阻透波超材料的TM模的S21参数仿真曲线示意图。图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模和TD模辐射到上述实施例中的带阻透波超材料时的S21参数仿真结果。如图11所示，将电磁波投射到实施例四的带阻透波超材料上，显示电磁波的损耗S21的透波率值接近0dB，带阻透波超材料针对该电磁波中的Ku波段具有很好的透波性能，缩减了雷达散射截面(RCS)。也就是说，Ku波段的电磁波能够基本上穿过实施例四的带阻透波超材料。此外，TE模和TM模的仿真曲线基本相同，实施例四的带阻透波超材料的透波性能比较稳定。
如图17所示，实施例五的带阻透波超材料包括至少两层功能层，各功能层包括：介质层10和导电几何结构，导电几何结构置于介质层10上，导电几何结构包括多个不连通的导电几何结构在实施例五中，五个导电几何结构，图17中仅示出了其中最后一个导电几何结构的导电几何结构。实施例五的前四个导电几何结构的结构同于实施例三的一层导电几何结构的结构(导电几何结构为镂空的单环，尺寸不相同，具体尺寸后续进行说明)。最后一个导电几何结构的导电几何结构为十字型变形结构，具体包括导电条61、导电条62、两个导电条63和两个导电条64。导电条62与导电条61相交，导电条62的中部与导电条61的中部相连接。两个导电条63与导电条61的两端一一对应连接。两个导电条64与导电条62的两端一一对应连接，导电条61、导电条62、两个导电条63以及两个导电条64。优选地，上述导电几何结构的结构与实施例二中的导电几何结构的结构相同。
如图18所示，实施例五的带阻透波超材料。带阻透波超材料的各结构的叠层次序依次为：预浸料51、导电几何结构(导电几何结构为镂空的单环)、预浸料51、PMI52、预浸料51、导电几何结构(导电几何结构为镂空的单环)、预浸料51、PMI52、预浸料51、导电几何结构(导电几何结构为镂空的单环)、预浸料51、PMI52、预浸料51、 导电几何结构(导电几何结构为镂空的单环)、预浸料51、导电几何结构(十字型变形结构)以及预浸料51。
在实施例五中，各结构参数如下：各预浸料51的相对介电常数为2.85，损耗正切值为0.005，图中上六层预浸料51的厚度均为0.2mm，下三层预浸料51的厚度均为0.12mm；介质层10的相对介电常数均为3.2，损耗正切值均为0.002，厚度均为0.025mm，镂空的单环的长度均为9.6mm，宽度均为8.3mm；PMI52的相对介电常数为1.05，损耗正切值为0.006，厚度为4mm。导电几何结构均由铜制成，厚度均为0.018mm，其中，镂空的单环的外半径均为3.9mm，内半径均为2.5mm；导电条61和导电条62的长度均为5mm，宽度均为0.1mm；导电条63和导电条64的长度均为4mm，宽度均为0.1mm。
图19示出了实施例五的带阻透波超材料的TE模的S21参数仿真曲线示意图。图20示出了实施例五的带阻透波超材料的TM模的S21参数仿真曲线示意图。图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模和TD模辐射到上述实施例中的带阻透波超材料时的S21参数仿真结果。如图19和图20所示，将电磁波投射到实施例五的带阻透波超材料上，显示电磁波的损耗S21的透波率值接近0dB，带阻透波超材料针对该电磁波中的Ku波段具有很好的透波性能，缩减了雷达散射截面(RCS)。也就是说，Ku波段的电磁波能够基本上穿过实施例五的带阻透波超材料。此外，TE模和TM模的仿真曲线基本相同，实施例五的带阻透波超材料的透波性能比较稳定。
优选地，介质层为复合材料或陶瓷材料。优选地，复合材料为热固性材料或者热塑性材料。优选地，复合材料为包含纤维、泡沫和/或蜂窝的一层结构材料或者多层结构材料。优选地，该复合材料含有增强材料，该增强材料为纤维、织物、粒子中的至少一种。优选地，除了上述实施例以外，导电几何结构还可以为一字型或者雪花型。
优选地，多个不连通的导电几何结构呈周期性排布或者非周期性排布。可以根据天线工作频率进行调整，其中，周期性排布和非周期性排布的排布规律均可以根据天线的工作参数进行调整，以实现电容和电感的调节。
进一步地，周期性排布或者非周期性排布的多个网格状的导电几何结构可以为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、椭圆形中至少一种。其中，网格状中的网格可以是封闭的，也可以是开口的。多个网格状的导电几何结构可以是平面结构也可以是立体结构。
优选地，功能层除了导电几何结构以外，还包括导电片或者网格、环状、十字型、一字型、雪花型、以及十字型的变形结构中至少一种导电几何结构。进一步地，环状的导电几何结构的形状为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至 少一种。除了上述实施例的环状的导电几何结构为镂空的单环或双环，环状的导电几何结构也可以为环数大于三的多环结构。进一步地，网格状的导电几何结构中进一步包括导电几何结构。进一步地，导电几何结构是直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、十字型的变形结构，以及片状导电几何机构中任意一种。进一步地，多层功能层的上表面和下表面上均设有保护层。
进一步地，不同的功能层的导电几何结构之间或者同一功能层的导电几何结构的形状、大小、线宽、以及间距相同或者不同。
优选地，本实用新型实施例的多频段透波超材料的功能层可以是低通透波超材料功能层。实施例一的低通透波超材料包括多层功能层，各功能层包括介质层10和设置在介质层10上的导电几何结构，多层功能层中至少一层功能层的导电几何结构包括一个或多个导电片。在实施例一中，一层功能层的导电几何结构为一个导电片，该导电片为方形镂空单环结构。
应用实施例一的技术方案，多层功能层中至少一层功能层的导电几何结构包括一个或多个导电片，这样能够调节低通透波超材料的介电常数和磁导率，可以使得电磁波通过实施例一的低通透波超材料时，工作频段的电磁波能高效率穿透，有效地截止高于工作频段的电磁波，从而解决了天线罩对工作频段外的电磁波抑制效果不好的问题，进而达到了增强对工作频段外的电磁波的抑制的效果。
实施例一的低通透波超材料能够对L波段的电磁波起到了很好的透波作用。矩形环状镂空结构可以使用任意金属材料，例如金、银或铜或几种金属的混合物。所使用的任意金属材料的原始形态可以是固体、液体、流状体或粉状物。当然，实施例一中的导电片也可以为其他形状的镂空结构，比如镂空矩形、镂空圆环或镂空椭圆环，可以为镂空的单环或多环。
为了进一步扩大实施例一的低通透波超材料所能够透过的电磁波的波段，如图21所示，介质层10具有相对的两个表面，所述两个表面上均设置有所述导电几何结构，即方形镂空单环结构。介质层10优选为正方形。
在实施例一中，各结构参数如下：介质层10的相对介电常数为2.8，厚度为6mm，长度和宽度均为5.3mm；方形镂空单环结构的外边缘的长度和宽度为2.5mm，内边缘的长度和宽度为2.3mm，厚度为0.018mm，也就是说，导电几何结构的厚度为0.018mm，方形镂空单环结构由液态银制成。
图22示出了实施例一的低通透波超材料的S21参数仿真曲线示意图。如图22所示，图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S21参数的单位为dB。从图中可以看出当天线的电磁波辐射到上述实施例中的带阻透波超材料时的S21参数仿真结果。电磁波照射到实施例一的仿真结果示出，电磁波的损耗S21的透波率值不仅在L波段内基本接近0dB，而且在频段8.5GHz内都基本接 近0dB，表示电磁波透波率很高。实现了对低频的电磁波透射的性能要求。
在实施例二的低通透波超材料与实施例一的区别在于，在实施例二中，导电片为矩形环。这样，实施例二的低通透波超材料同样能够提高L波段的电磁波的透波率，此外，当电磁波的入射角度为0°至30°度时，实施例二的低通透波超材料对4至18GHz波段内的电磁波会产生抑制作用，防止4至18GHz波段内的电磁波透过实施例二的低通透波超材料。
在实施例二中，导电片为方形环。这样，使得L波段的电磁波的透波性能更稳定。
在实施例二中，方形环为四个，四个方形环彼此间隔设置。当然，方形环的数量不限于四个，可以根据现场需要具体确定。此外，为了方便将导电几何结构设置在介质层10上，先将导电几何结构附在softH层上，softH层相当于导电几何结构的载体，再将softH层设置在介质层10以实现导电几何结构设置在介质层10上。介质层10优选为FR4基板。优选地，导电几何结构设置在两层介质层10之间。方形环由铜制成。
各结构参数如下：介质层10的长度和宽度均为4.5mm，厚度为0.9mm，相对介电常数为3.15，损耗正切值为0.005；方形环的厚度为0.018mm，方形环的外边长为4.1mm，内边长为3.3mm，也就是说，方形环的宽度为0.4mm；四个方形环呈矩阵状排布，相邻两个方形环的间距为0.4mm；softH层的相对介电常数为3.2，厚度为0.025mm。实施例二的低通透波超材料的总厚度为1.843mm。
图23至图26示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为0°至30°时的TE模的S11和S21参数仿真曲线示意图。
图27至图30示出了实施例二的低通透波超材料在电磁波入射角为0°至30°时的TM模的S11和S21参数仿真曲线示意图。
在图23至图30中，图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S11和S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S11和S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波包括TE模(英文名TE mode，表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到实施例二中的低通透波超材料时的S11和S21参数仿真结果。在图23至图30中，S11参数为图中示出的从左向右的第一根曲线，S21参数为图中示出的从左向右的第二和第三根曲线。
从上述图中可以看出，S21(透波率值)在L波段的数值很高，在4至18GHz波段的数值很低；S11(反射波值)在L波段的数值很低，在4至18GHz波段的数值很高，也就是说，4至18GHz波段的电磁波基本被实施例二的低通透波超材料反射回去了。上述数据表明，实施例二的低通透波超材料对L波段的电磁波具有很高的透波性能，对4至18GHz波段内的电磁波会产生很强的抑制作用。此外，由于TE模和TM模的曲线走势基本相同，因此，实施例二的低通透波超材料的透波性能比较稳定。
实施例三的低通透波超材料与实施例二的区别在于，在实施例三中，功能层为三层，其中第一层功能层的导电几何结构为导电片，该导电片为矩形片。第二和第三功能层的导电几何结构为直线形成的十字型的变形结构。第一层功能层位于第二和第三功能层之间。十字型的变形结构包括导电条21以及与导电条21相交的导电条22，上述结构使得不论电磁波的入射角度为多少，实施例三的低通透波超材料能够对L波段的电磁波起到透波作用，同时对L波段之外的电磁波产生抑制作用。
在实施例三中，第一层功能层的导电片为方形片。这样，增强了对L波段之外的电磁波的抑制作用。
如图31所示，在实施例三中，导电条21的中部与导电条22的中部相连接。这样，能够对L波段之外的电磁波起到更好的抑制作用。当然，作为可行的实施方式，也可以将导电条21的一个端部与导电条22的中部或一个端部连接。
如图31所示，在实施例三中，导电几何结构还包括两个导电条23和两个导电条24。两个导电条23与导电条21的两端一一对应连接。两个导电条24与导电条22的两端一一对应连接。这样，提高了对L波段的电磁波的透波性能。
如图31所示，在实施例三中，各导电条23均与导电条22平行，各导电条24均与导电条21平行。这样，对L波段的电磁波起到了更好的透波作用。
如图31所示，在实施例三中，各导电条23的中部与导电条21连接，各导电条24的中部与导电条22连接。这样，对L波段的电磁波起到更好的透波作用。优选地，各导电条23与各导电条24的长度相等。
如图31所示，在实施例三中，导电条21与导电条22相垂直。这样，对L波段之外的电磁波具有更强的抑制作用。当然，作为可行的实施方式，导电条21与导电条22可以形成小于90°的夹角。优选地，导电条21与导电条22的长度相等。
如图31所示，在实施例三中，导电条21与导电条22一体成型，第二和第三功能层的导电几何结构的各部分厚度相等。也就是说，导电条21与导电条22相连接处的厚度与其他部分的厚度相等。这样，节省了导电几何结构所使用的金属材料，降低了生产成本。
如图32所示，低通透波超材料的各结构的叠层次序依次为：十字型的变形结构、介质层10、方形片、介质层10以及十字型的变形结构。此外，为了方便将十字型的变形结构和方形片设置在介质层10上，先将十字型的变形结构和方形片分别附在softH层上，softH层相当于十字型的变形结构和方形片的载体，再将softH层设置在介质层10上。介质层10优选为FR4基板。十字型的变形结构和方形片均由铜制成。
为了保护第二层和第三层功能层，实施例三的低通透波超材料还包括两层保护板30，如图13所示，实施例三的低通透波超材料的各结构的叠层次序依次为：保护板 30、十字型的变形结构、介质层10、方形片、介质层10、十字型的变形结构以及保护板30。保护板30优选为FR4基板。作为可行的实施方式，相邻的两层功能层之间可以设有夹层，夹层优选为泡沫。
在实施例三中，各结构参数如下：介质层10的长度和宽度均为14mm，厚度为0.8mm，相对介电常数为3.15，损耗正切值为0.005；十字型的变形结构和方形片的厚度均为0.018mm，方形片的长度和宽度均为10.4mm，也就是说，方形片的长度和宽度均为10.4mm；softH层的相对介电常数为3.2，厚度为0.025mm；保护板30的长度和宽度均为14mm，厚度为0.12mm，相对介电常数为3.15，损耗正切值为0.005；实施例三的低通透波超材料的总厚度为1.972mm。
如图33所示，图中横轴为天线的工作频率，纵轴为S11和S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz，S11和S21参数的单位为dB。S11参数为图中示出的从左向右的第一根曲线，S21参数为图中示出的从左向右的第二根曲线。从图14中可以看出，实施例三的低通透波超材料能够使L波段的电磁波透过，而且损耗度低，同时，能够抑制4至18GHz波段内的电磁波。通过计算可得，L波段的电磁波的S21的平均值为-0.4769dB，4-18GHz波段内的电磁波的S21的平均值为-12.7570dB。
作为可行的实施方式，实施例三的第二和第三功能层的导电几何结构可以为直线或者曲线形成的十字型、环状、一字型、雪花型或十字型的变形结构。优选地，多层功能层的相邻两层之间相对设置、间隔设置或者错开设置。
进一步地，不同的功能层的导电几何结构之间或者同一功能层的导电几何结构的几何结构的形状、大小、线宽以及间距相同或者不同。
优选地，介质层为复合材料或陶瓷材料。优选地，复合材料为热固性材料或者热塑性材料。优选地，复合材料为包含纤维、泡沫和/或蜂窝的一层结构材料或者多层结构材料。优选地，该复合材料含有增强材料，该增强材料为纤维、织物、粒子中的至少一种。
根据本实用新型又一实施例的多频段透波超材料该功能层由2层介质层，3层结构层构成，其中，结构层包括金属导电几何结构，金属导电几何结构直接制作在介质层的两面，各种材料的叠层次序依次为：第一结构层、第一介质层、第二结构层、第二介质层、第三结构层。其中，介质层为正方形介质层，其介电常数为3.4，损耗为0.0028，厚度为0.5mm，边长3.1mm。
金属导电几何结构采用铜材料，其厚度为0.018mm，第一层和第三层导电几何结构如图34所示，为镂空耶路撒冷十字。其中缝宽0.2mm，正交十字槽长1.5mm，与十字槽正交的枝节槽长1.1mm，所有缝宽都相同，正交十字的两个槽尺寸相同，四个枝节尺寸也相同，金属板为正方形，边长2.9mm。
中间层金属导电几何结构如图35所示，为十字形，线宽1.4mm，长3.1mm。
导电几何结构的排布方式为正方形排布，如图36所示。
本次实用新型多频段透波超材料的TE模透波特性如图37，由图可看出分别在15GHz和37GHz附近有一个通带，而在其余位置为带阻带，呈现了双通带电磁特性。
图37为TE模S21传输特性曲线的仿真结果。
TM模透波特性如图38所示，具有与TE模相似的透波性能。
本实用新型还提供了一种天线罩(未图示)，本实施例的天线罩包括多个低通透波超材料，多个低通透波超材料两两连接，低通透波超材料为上述任一实施例的低通透波超材料。将电磁波投射到实施例一的低通透波超材料上，低通透波超材料针对该电磁波中的L波段具有很好的透波性能。也就是说，L波段的电磁波能够基本上穿过实施例一的低通透波超材料。此外，由于物理材料层具有一定的机械强度，能够对天线或是被其包裹的装置起到保护作用。由上述分析可知，本实施例的天线罩提高了L波段的电磁波的透波率。本实施例的天线罩可以是适应现场需求的任一形状。
根据本实用新型实施例还提供了一种天线罩，该天线罩包括本实用新型实施例中提供的多频段透波超材料，其中，该多频段透波超材料可以包括高通透波超材料功能层或者带通透波功能层或者带阻透波超材料功能层或者低通透波超材料功能层，即本实用新型的实施例中的多频段透波超材料可以用于本实施例中的天线罩，本实施例中的天线罩也可以采用本实用新型实施例中的多频段透波超材料。
本实用新型实施例中的天线罩罩设在天线上，与天线具有一定间隔距离或者覆盖在天线上，通过多频段透波超材料的介质层提供的机械强度保护天线，使得天线不受到风雨、冰霜等的损害。
根据本实用新型实施例还提供了一种天线系统，该天线系统包括天线和本实用新型实施例提供的天线罩，其中，天线罩罩设在天线上。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (33)
1.一种多频段透波超材料，其特征在于，包括：多层功能层，所述功能层包括至少两层介质层和至少两层导电几何结构层；所述至少两层导电几何结构层设置在相邻的两层所述介质层之间；
所述功能层包括：带阻透波超材料功能层、低通透波超材料功能层、高通透波超材料功能层或者带通透波超材料功能层；
其中，该多频段透波超材料的导电几何结构层和介质层使得该多频段透波超材料具有这样的介电常数和磁导率：使得电磁波在通过该多频段透波超材料时，在多个工作频段内电磁波均穿透该多频段透波超材料，而工作频段外的电磁波被截止。
2.根据权利要求1所述的多频段透波超材料，其特征在于，多层所述功能层中相邻两所述功能层之间设置有夹层。
3.根据权利要求1所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述功能层的表面设置有保护层。
4.根据权利要求1所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述带阻透波超材料功能层包括介质层和设置在所述介质层上的导电几何结构，所述导电几何结构为不连通的导电几何结构。
5.根据权利要求4所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述不连通的导电几何结构呈周期性排布或者非周期性排布。
6.根据权利要求5所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电几何结构包括导电片或者网格状、环状、十字型、一字型、雪花型、以及十字型的变形结构中至少一种导电几何结构。
7.根据权利要求6所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述环状的导电几何结构的形状为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至少一种。
8.根据权利要求6或7所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述环状的导电几何结构为镂空的单环、双环、或者多环。
9.根据权利要求6所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述网格状的导电几何结构是封闭的或者开口的。
10.根据权利要求1所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述低通透波超材料功能层包括介质层和设置在所述介质层上的导电几何结构，所述导电几何结构包括一个或多个导电片。
11.根据权利要求1所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述高通透波超材料功能层中包括多个网格状的导电几何结构，至少部分导电几何结构中设置有导电线材。
12.根据权利要求11所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述多个网格状的导电几何结构呈周期性排布或者非周期性排布。
13.根据权利要求11所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述多个网格状的导电几何结构为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至少一种。
14.根据权利要求11所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述网格状的网格是封闭的或者开口的。
15.根据权利要求11所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电线材包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、以及十字型的变形结构。
16.根据权利要求11所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电线材与所述网格状的导电几何结构电性隔绝。
17.根据权利要求11所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述多个网格状的导电几何结构为平面结构。
18.根据权利要求16所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电线材位于所述多个网格状的导电几何结构内。
19.根据权利要求11所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述多个网格状的导电几何结构为立体结构。
20.根据权利要求19所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电线材与所述多个网格状的导电几何结构位于不同的平面。
21.根据权利要求1所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述带通透波超材料功能层中一层导电几何结构为导电片，另一层导电几何结构为网格状的导电几何结构。
22.根据权利要求21所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述网格状的网格中设置有直线或者曲线形成的导电几何结构，该导电几何结构包括十字型结构、一字型结构、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构。
23.根据权利要求21所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电片的形状为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至少一种。
24.根据权利要求21所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电片上镂空设置有导电几何结构。
25.根据权利要求24所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述导电几何结构包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构。
26.根据权利要求25所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述带通透波超材料功能层的上下层之间相对设置。
27.根据权利要求25所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述带通透波超材料功能层的上下层之间错开设置。
28.根据权利要求25所述的多频段透波超材料，其特征在于，不同的所述带通透波超材料功能层之间或者同一结构层的导电片的形状、大小、以及间距相同或者不同。
29.根据权利要求25所述的多频段透波超材料，其特征在于，不同的所述带通透波超材料功能层之间或者同一结构层的导电几何结构的形状、大小、线宽、以及间距相同或者不同。
30.根据权利要求1所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述介质层为复合材料基板或陶瓷基板。
31.根据权利要求30所述的多频段透波超材料，其特征在于，所述复合材料为热固性材料或者热塑性材料。
32.一种天线罩，其特征在于，包括权利要求1至31中任一项所述的多频段透波超材料。
33.一种天线系统，其特征在于，包括：天线和权利要求32所述的天线罩，所述天线罩罩设在天线上。
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2014
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107732378A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-02-23 | 西安天和防务技术股份有限公司 | 倍频空间滤波器 |
| CN107732378B (zh) * | 2017-10-18 | 2020-03-31 | 西安天和防务技术股份有限公司 | 倍频空间滤波器 |
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