CN205452541U - 双带通滤波超材料、天线罩和天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种双带通滤波超材料、天线罩和天线。双带通滤波超材料包括层叠设置的多个导电几何结构层和设置在相邻的两个导电几何结构层之间的介质层，多个导电几何结构层包括：至少两个第一导电几何结构层，每个第一导电几何结构层包括互不连接且按阵列排布的几何结构单元，几何结构单元内开设有镂空几何结构，镂空几何结构包括相互垂直且交叉设置的两个镂空条形结构；第二导电几何结构层，位于两个第一导电几何结构层之间，第二导电几何结构层包括多个按阵列排布的导电几何结构，导电几何结构包括相互垂直的且交叉设置两个条形结构。以解决现有技术中的天线罩不能实现被不同频段的电磁波的良好透射的问题。

Description

双带通滤波超材料、天线罩和天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，具体而言，涉及一种双带通滤波超材料、天线罩和天线。

背景技术

现有天线罩基本是纯材料天线罩，它只起到保护天线的作用，在一定的范围内会影响天线的性能。

采用纯材料的天线罩时，利用半波长或四分之一波长理论，根据不同的天线频率，改变天线罩的厚度，可影响其对电磁波的透波响应。

现有的天线罩存在以下的缺点：1、当波长过长时会使得天线罩过厚，进而重量偏大；2、不利于实现多频段透波。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种双带通滤波超材料、天线罩和天线，以解决现有技术中的天线罩不能实现被不同频段的电磁波的良好透射的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种双带通滤波超材料，括层叠设置的多个导电几何结构层和设置在相邻的两个导电几何结构层之间的介质层，多个导电几何结构层包括：至少两个第一导电几何结构层，每个第一导电几何结构层包括多个互不连接且按阵列排布的几何结构单元，几何结构单元内开设有镂空几何结构，镂空几何结构包括相互垂直且交叉设置的两个镂空条形结构；第二导电几何结构层，位于两个第一导电几何结构层之间，第二导电几何结构层包括多个按阵列排布的导电几何结构，导电几何结构包括相互垂直的且交叉设置两个条形结构。

进一步地，镂空几何结构和导电几何结构在介质层的投影中心重合。

进一步地，至少一个镂空条形结构的一端或两端形成有端部镂空几何结构。

进一步地，端部镂空几何结构为圆形、椭圆形和多边形的一种。

进一步地，每个镂空条形结构两端均形成有端部镂空几何结构。

进一步地，端部镂空几何结构呈条形。

进一步地，两个镂空条形结构为第一镂空条形结构和第二镂空条形结构，第一镂空条形结构的端部的端部镂空几何结构和连接在第二镂空条形结构的端部的端部镂空几何结构长度不同和/或宽度不同。

进一步地，分别连接在镂空条形结构两端的两个端部镂空几何结构长度不同和/或宽度不同。

进一步地，端部镂空几何结构的中部连接镂空条形结构端部。

进一步地，端部镂空几何结构垂直于与其连接的镂空条形结构。

进一步地，两个镂空条形结构为第一镂空条形结构和第二镂空条形结构，第一镂空条形结构由分别位于第二镂空条形结构两侧的两个镂空条形结构段组成。

进一步地，两个条形结构为第一条形结构和第二条形结构，第一条形结构由位于第二条形结构的两侧的两个条形结构段组成。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种天线罩，包括上述的双带通滤波超材料。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种天线，包括上述的双带通滤波超材料。

应用本实用新型的技术方案，第一导电几何结构层包括多个按阵列排布的镂空几何结构，镂空几何结构包括相互垂直且交叉设置的两个镂空条形结构，第二导电几何结构层包括多个按阵列排布的导电几何结构，导电几何结构包括相互垂直的且交叉设置两个条形结构，第一导电几何结构层和第二导电几何结构层可以产生不同的等效介电常数和磁导率，有利于实现滤波超材料对不同频段的电磁波的良好透波性。进一步地，利用多个导电几何结构层改变透波性能，解决了现有技术存在的天线罩过于厚重的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书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示出了本实用新型的实施例的滤波超材料的结构示意图；

图2示出了本实用新型的实施例的滤波超材料的俯视结构示意图；

图3示出了本实用新型的实施例的滤波超材料的镂空几何结构的结构示意图；

图4示出了本实用新型的实施例的滤波超材料的导电几何结构的结构示意图；

图5示出了本实用新型的实施例的滤波超材料的TE模S21传输特性曲线的仿真结果；

图6示出了本实用新型的实施例的滤波超材料的TM模S21传输特性曲线的仿真结果。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、导电几何结构层；11、第一导电几何结构层；111、镂空几何结构；111a、镂空条形结构；111b、端部镂空几何结构；12、第二导电几何结构层；121、导电几何结构；121a、条形结构；2、介质层。

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。

技术术语：

超材料，是指通过周期性规则排列的导电几何结构或镂空几何结构实现了自然界的材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料包括介质层和形成在介质层的表面上的导电几何结构层。导电几何结构层由按周期性规则排列的多个导电几何结构组成，或在导电体层上加工出按周期性规则排列的多个镂空几何结构形成。超材料的电磁性质主要由导电几何结构或镂空几何结构的形状、尺寸和排布方式等因素决定，通过调整导电几何结构或镂空几何结构的形状、尺寸和排布方式等参数可以得到所需的等效介电常数和磁导率，因此，超材料已广泛的应用于实现改变折射率、电磁隐身、完美吸波、提高透波性能和极化控制等。

导电几何结构，是通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在介质层上的具有一定几何形状的导电体。

镂空几何结构，是通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法在附着在介质层上的导电体层上形成具有一定的几何形状的镂空结构。

如图1至4所示，本实施例的滤波超材料包括层叠设置的多个导电几何结构层1和设置在相邻的两个所述导电几何结构层1之间的介质层2，所述多个导电几何结构层1包括：两个第一导电几何结构层11和位于两个第一导电几何结构层11的第二导电几何结构层12。

第一导电几何结构层11包括多个互不连接且按阵列排布的几何结构单元，所述几何结构单元内开设有镂空几何结构111，所述镂空几何结构111包括相互垂直且交叉设置的两个镂空条形结构111a，也即两个镂空条形结构111a组成十字形结构。

所述第二导电几何结构层12包括多个按阵列排布的导电几何结构121，所述导电几何结构121包括相互垂直的且交叉设置两个条形结构121a，也即两个条形结构121a组成十字形结构。

本实施例中，导电几何结构层1的配置不同可以产生不同的等效介电常数和磁导率，配置包括选择为导电几何结构还是镂空几何结构、镂空几何结构和导电几何结构的形状、尺寸和分布等。通过调整导电几何结构层1的配置可以使得在一个较宽范围的入射角、预定的较宽频率范围的工作频段的电磁波能够很好的透射该滤波超材料，并且使得工作频段外的电磁波被截止。

本实施例中，第一导电几何结构层11和第二导电几何结构层12的配置不同，第一导电几何结构层11包括多个镂空几何结构111，第二导电几何结构层12包括多个导电几何结构121，第一导电几何结构层11和第二导电几何结构层12可以产生不同的等效介电常数和磁导率，可以用于实现滤波超材料对两个频段电磁波的良好透波性。

进一步地，利用多个导电几何结构层1改变透波性能，将上述的双带通滤波超材料用于天线罩，解决了现有技术存在的天线罩过于厚重的问题。

如图5和图6所示，图5示出了本实施例的滤波超材料的TE模S21传输特性曲线的仿真结果，图6示出了本实施例的滤波超材料的TM模S21传输特性曲线的仿真结果，由图5和图6所示，本实施例的滤波超材料可以看出本实施例的滤波超材料对TE模和TM模的电磁波具有相似的滤波特性。本实施例的滤波超材料分别在15GHz和37GHz附近各有一个通带，而在其余位置为带阻带，呈现了双通带电磁特性。

第一导电几何结构层11和第二导电几何结构层12的配置不同也可以是：第一导电几何结构层11和第二导电几何结构层12均有多个导电几何结构或多个镂空几何结构组成，但是导电几何结构或镂空几何结构的形状、尺寸或排布方式中的至少一项不同。

介质层2的表面既可以是规则的也可以是根据实际需要而设置的不规则的。介质层2可以是硬质基板，也可以是软板。

介质层2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2的介电常数ε应该满足：1≤ε≤5。本实施例中，介质层2的介电常数优选为3.4。介质层的损耗为0.0028。

介质层的厚度一般为0.1毫米至5毫米。本实施例中，介质层2的厚度优选地0.5毫米。

介质层2具有一定的机械强度，将该滤波超材料用作天线罩时，能够起到一定的保护作用。

导电几何结构层1形成在介质层2的一个表面上或两个表面上。位于最外层的一个介质层2的两个表面上均形成有导电几何结构层1，其余的介质层2只有一个表面上形成有导电几何结构层1，从而形成导电几何结构层1与介质层2相交替的形式。

导电几何结构层1可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方法附着在介质层2上。制作第一人造微结构的金属可以为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金；制作第一人造微结构的非金属导电材料可以为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

制造导电几何结构层1的材料的原始形态可以是固体、液体、流状体或粉状物，只要加工完成后导电几何结构层1的镂空几何结构或导电几何结构的形状、尺寸和排布方式等因素符合设计即可。

本实施例中，镂空几何结构111形成在一个正方形的金属板上，该金属板的边长为2.9毫米。第一导电几何结构层11和第二导电几何结构层12的厚度均为0.018毫米。第一导电几何结构层11和第二导电几何结构层12的材质均为铜。

优选地，镂空几何结构111和导电几何结构121正对设置。所述镂空几何结构111和所述导电几何结构121在所述介质层2的投影中心重合。

第一导电几何结构层11的多个镂空几何结构111按照阵列排布，第二导电几何结构层12的多个导电几何结构121按照阵列排布。第一导电几何结构层11的多个镂空几何结构111和第二导电几何结构层12的多个导电几何结构121分别正对设置。

本实施例中，镂空几何结构111也可以为十字形的衍生形，十字形的衍生形为在至少一个镂空条形结构111a的一端或两端形成有端部镂空几何结构111b。

优选地，每个镂空条形结构111a两端均形成有端部镂空几何结构111b。

优选地，端部镂空几何结构111b呈条形。端部镂空几何结构111b的中部连接镂空条形结构111a端部，端部镂空几何结构111b垂直于与其连接的镂空条形结构，从而形成耶路撒冷十字型。

在本实施例中，镂空条形结构111a的长度为1.5毫米。端部镂空几何结构111b的长度为1.1毫米。端部镂空几何结构111b和镂空条形结构111a宽度均为0.2毫米。

分别连接在两个镂空条形结构111a两端的端部镂空几何结构111b互不相连。

耶路撒冷十字型的镂空几何结构111呈旋转对称图形。将镂空几何结构111设计为旋转对称图形，主要针对包括不同极化方向的极化波的电磁波。不同极化方向的电磁波在辐射到镂空几何结构111上时，呈旋转对称的图形可以产生相同的谐振波，以对极化方向不同的电磁波具有相同的等效介电常数和磁导率。

优选地，导电几何结构121以其中心旋转90度后与旋转前的图形重合。主要针对包括TE和TM两种极化方向的电磁波，能够产生相同的等效介电常数和磁导率，提高了滤波超材料的适用性。

可以优选地，两个镂空条形结构111a为第一镂空条形结构和第二镂空条形结构，连接在第一镂空条形结构的端部的端部镂空几何结构111b和连接在第二镂空条形的端部的端部镂空几何结构111b长度不同和/或宽度不同。

还可以优选地，分别连接在镂空条形结构111a两端的两个端部镂空几何结构111b长度不同和/或宽度不同。

还可以优选地，两个镂空条形结构111a为第一镂空条形结构和第二镂空条形结构，第一镂空条形结构和第二镂空条形结构长度不同和/或宽度不同。

还可以优选地，两个镂空条形结构111a为第一镂空条形结构和第二镂空条形结构，第一镂空条形结构由分别位于第二镂空条形结构两侧的两个镂空条形结构段组成，两个镂空条形结构段的长度不同。第二镂空条形结构分别位于第一镂空条形结构两段的部分的长度相同，镂空几何结构111为以第一镂空条形结构为对称轴的轴对称图形。

本实施例中，导电几何结构121包括相互垂直的两个条形结构121a，两个条形结构121a交叉设置。

本实施例中，两个条形结构121a的长度均为3.1毫米，宽度均为1.4毫米。

可以优选地，两个条形结构121a为第一条形结构和第二条形结构，第一条形结构和第二条形结构长度不同和/或宽度不同。

还可以优选地，两个条形结构121a为第一条形结构和第二条形结构，第一条形结构由位于第二条形结构的两侧的两个条形结构段组成，两个条形结构段的长度不同。第二条形结构分别位于第一条形结构的两侧的两段长度相同，导电几何结构121为以第一条形结构为对称轴的轴对称结构。当然，组成第一条形结构的两个条形结构段的长度也可以相同，导电几何结构121同时为以第二条形结构为对称轴的轴对称结构。

如图1所示，滤波超材料包括至少两个第一导电几何结构层11，相邻两个第一导电几何结构层11之间设置有第二导电几何结构层12。与第二导电几何结构层12的相邻导电几何结构层1均为第二导电几何结构层。

根据本实用新型的另一方面，本实施例还公开了一种天线罩，该天线罩包括上述的滤波超材料。

根据本实用新型的另一方面，本实施例还公开了一种天线，该天线包括上述的滤波超材料。

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 (14)

1.一种双带通滤波超材料，其特征在于，包括层叠设置的多个导电几何结构层(1)和设置在相邻的两个所述导电几何结构层(1)之间的介质层(2)，所述多个导电几何结构层(1)包括：

至少两个第一导电几何结构层(11)，每个所述第一导电几何结构层(11)包括多个互不连接且按阵列排布的几何结构单元，所述几何结构单元内开设有镂空几何结构(111)，所述镂空几何结构(111)包括相互垂直且交叉设置的两个镂空条形结构(111a)；

第二导电几何结构层(12)，位于两个所述第一导电几何结构层(11)之间，所述第二导电几何结构层(12)包括多个按阵列排布的导电几何结构(121)，所述导电几何结构(121)包括相互垂直的且交叉设置两个条形结构(121a)。

2.根据权利要求1所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述镂空几何结构(111)和所述导电几何结构(121)在所述介质层(2)的投影中心重合。

3.根据权利要求1所述的双带通滤波超材料，其特征在于，至少一个所述镂空条形结构(111a)的一端或两端形成有端部镂空几何结构(111b)。

4.根据权利要求3所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述端部镂空几何结构(111b)为圆形、椭圆形和多边形的一种。

5.根据权利要求3所述的双带通滤波超材料，其特征在于，每个所述镂空条形结构(111a)两端均形成有端部镂空几何结构(111b)。

6.根据权利要求5所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述端部镂空几何结构(111b)呈条形。

7.根据权利要求6所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述两个镂空条形结构(111a)为第一镂空条形结构和第二镂空条形结构，所述第一镂空条形结构的端部的所述端部镂空几何结构(111b)和连接在所述第二镂空条形结构的端部的所述端部镂空几何结构(111b)长度不同和/或宽度不同。

8.根据权利要求6所述的双带通滤波超材料，其特征在于，分别连接在所述镂空条形结构(111a)两端的两个所述端部镂空几何结构(111b)长度不同和/或宽度不同。

9.根据权利要求5所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述端部镂空几何结构(111b)的中部连接所述镂空条形结构(111a)端部。

10.根据权利要求9所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述端部镂空几何结构(111b)垂直于与其连接的所述镂空条形结构(111a)。

11.根据权利要求1所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述两个镂空条形结构(111a)为第一镂空条形结构和第二镂空条形结构，所述第一镂空条形结构由分别位于所述第二镂空条形结构两侧的两个镂空条形结构段组成。

12.根据权利要求1所述的双带通滤波超材料，其特征在于，所述两个条形结构(121a)为第一条形结构和第二条形结构，所述第一条形结构由位于所述第二条形结构的两侧的两个条形结构段组成。

13.一种天线罩，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的双带通滤波超材料。

14.一种天线，其特征在于，包括权利要求1至12中任一项所述的双带通滤波超材料。