CN206134946U - 带通滤波超材料、天线罩及天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带通滤波超材料，包括：多个基板、第一导电几何结构层、第二导电几何结构层、第三导电几何结构层以及第四导电几何结构层；第一导电几何结构层、第二导电几何结构层、第三导电几何结构层及第四导电几何结构层在叠置方向上依次间隔设置在基板上，其中，第一导电外环边框、第二导电外环边框、第三导电外环边框、以及第四导电外环边框的所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合。本实用新型提供具有该带通滤波超材料的天线罩和天线，以实现在透波段具有优化的吸波性能，并在非工作频段具有优化的截止性能。

Description

带通滤波超材料、天线罩及天线

技术领域

本实用新型涉及透波材料、低通天线罩及其他与电磁相关产品的保护壳领域，具体而言，涉及一种带通滤波超材料、以及具有该带通滤波超材料的天线罩和天线。

背景技术

与电磁相关的保护材料，通常要满足两方面的性能要求，一方面需要足够的机械强度保护其中的天线等物件，另一方面要保证工作频段内电磁波能具有高透波性。保护材料即能保护内部的设备，又不影响电磁波的传输特性。

为了保证电磁波的高效穿透性，一般采用半波长理论进行材料厚度设计，即厚度为工作频段电磁波波长的1/2时，电磁波透波率最好。但由于材料厚度与工作频段波长相关，很难保证良好的宽频段吸波性能。

现有天线罩通常是由低损耗的纯材料组成，只起到保护天线的作用，在可允许的范围内会影响天线的性能。

对于普通的纯材料，利用半波长理论或四分之一波长理论，根据频率的不同改变材料的厚度，调整其对入射电磁波的透波响应。因此，目前天线罩存在两方面的问题，其一是当入射电磁波波段较低时会使得天线罩厚度过大，进而重量偏大。其二是普通材料的透波性能比较均一，工作频段内透波，其相邻频段透波效果亦优，工作频段外的透波容易干扰天线的正常工作。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型提出带通滤波超材料、以及具有该带通滤波超材料的天线罩和天线，以实现在透波段具有优化的吸波性能，并在非工作频段具有优化的截止性能。

为了实现上述目的，本实用新型一方面提供一种带通滤波超材料，包括：多个基板；第一导电几何结构层，第一导电几何结构层由依次排布的多个第一导电几何结构单元组成，每个第一导电几何结构单元包括有第一导电外环边框；第二导电几何结构层，第二导电几何结构层由依次排布的多个第二导电几何结构单元组成，每个第二导电几何结构单元包括有第二导电外环边框；第三导电几何结构层，第三导电几何结构层由依次排布的多个第三导电几何结构单元组成，每个第三导电几何结构单元包括有第三导电外环边框；第四导电几何结构层，第四导电几何结构层由依次排布的多个第四导电几何结构单元组成，每个第四导电几何结构单元包括有第四导电外环边框；第一导电几何结构层、第二导电几何结构层、第三导电几何结构层及第四导电几何结构层在叠置方向上依次间隔设置在基板上，其中，第一导电外环边框、第二导电外环边框、第三导电外环边框、以及第四导电外环边框的所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元、第二导电几何结构单元、第三导电几何结构单元及第四导电几何结构单元所在区域在叠置方向上的投影完全重合。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构层上的多个第一导电外环边框一体连接设置；第二导电几何结构层上的多个第二导电外环边框一体连接设置；第三导电几何结构层上的多个第三导电外环边框一体连接设置；并且，第四导电几何结构层上的多个第四导电外环边框一体连接设置。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电外环边框为第一正六边形环，第二导电外环边框为第二正六边形环，第三导电外环边框为第三正六边形环，第四导电外环边框为第四正六边形环。

根据本实用新型的一个实施例，第一正六边形环的线宽范围为0.4mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第一正六边形环的外接圆直径范围为6.2mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第二正六边形环的线宽范围为0.1mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第二正六边形环的外接圆直径范围为5.2mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第三正六边形环的线宽范围为0.1mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第三正六边形环的外接圆直径范围为5.3mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第四正六边形环的线宽范围为0.2mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第四正六边形环的外接圆直径范围为5.0mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元、第二导电几何结构单元、第三导电几何结构单元以及第四导电几何结构单元均为正六边形结构。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元、第二导电几何结构单元、第三导电几何结构单元以及第四导电几何结构单元均呈周期行列排布，相邻两行的第一导电几何结构单元、第二导电几何结构单元、第三导电几何结构单元及第四导电几何结构单元均错开设置。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元、第二导电几何结构单元、第三导电几何结构单元以及第四导电几何结构单元均呈规则的蜂窝状排列设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一导电几何结构层、所述第二导电几何结构层、所述第三导电几何结构层及所述第四导电几何结构层的厚度范围为30μm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，基板的相对介电常数为3.0±5％，损耗角正切为0.01±5％，厚度范围为0.05mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，带通滤波超材料还包括夹层，夹层设置在第二导电几何结构层和第三导电几何结构层之间。

根据本实用新型的一个实施例，带通滤波超材料还包括两层蒙皮层，蒙皮层分别设置在第一导电几何结构层和第四导电几何结构层的外表面。

本实用新型另一方面还提供一种天线罩，该天线罩包括上述任一实施例涉及的带通滤波超材料。

本实用新型另一方面还提供一种天线，该天线包括上述实施例涉及的天线罩。

本实用新型的有益之处在于：

本实用新型提供的带通滤波超材料，包括交替设置的基板和四层导电几何结构层，其中的四层导电几何结构层中的导电外环边框的所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合，这使得整个结构在透波段具有较好的吸波性能，同时在非工作频段具有良好的截止性能。此外，本实用新型提供的具有该带通滤波超材料的天线罩和天线将带通滤波超材料通过多层堆叠技术铺贴在低损耗基体材料中，新型的天线罩具有更高的透射率，更好地保证天线正常工作，同时具有较高的机械强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的带通滤波超材料截面图；

图2是本实用新型一个实施例第一导电几何结构单元的示意图；

图3是本实用新型一个实施例第二导电几何结构单元的示意图；

图4是本实用新型一个实施例第三导电几何结构单元的示意图；

图5是本实用新型一个实施例第四导电几何结构单元的示意图；

图6是本实用新型一个实施例第一导电几何结构单元排布方式的示意图；

图7是本实用新型一个实施例带通滤波超材料的仿真结果图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图5所示，本实用新型一方面提供一种带通滤波超材料，包括：多个基板10；第一导电几何结构层30，第一导电几何结构层30由依次排布的多个第一导电几何结构单元12组成，每个第一导电几何结构单元12包括有第一导电外环边框；第二导电几何结构层32，第二导电几何结构层32由依次排布的多个第二导电几何结构单元14组成，每个第二导电几何结构单元14包括有第二导电外环边框；第三导电几何结构层34，第三导电几何结构层34由依次排布的多个第三导电几何结构单元16组成，每个第三导电几何结构单元16包括有第三导电外环边框；第四导电几何结构层36，第四导电几何结构层36由依次排布的多个第四导电几何结构单元18组成，每个第四导电几何结构单元18包括有第四导电外环边框；第一导电几何结构层30、第二导电几何结构层32、第三导电几何结构层34及第四导电几何结构层36在叠置方向上依次间隔设置在基板10上。其中，第一导电外环边框、第二导电外环边框、第三导电外环边框、以及第四导电外环边框的所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合。换句话说，第一至第四导电环边框在叠置方向上投影至少部分重合指的是它们可以按照特定规律进行排列布置。例如，在一个实施例中第一至第四导电环边框的尺寸和厚度可以依次递减；在另一个实施例中，第一至第四导电环边框的尺寸和厚度可以依次递增；在其它实施例中，也可以设置成其中两个导电环边框(例如第二和第三导电环边框)尺寸和厚度相同，另外两个导电环边框(例如第一和第四导电环边框)尺寸和厚度相同或不同。当然应当理解，导电环边框之间的尺寸和厚度关系可以依据具体使用情况而定。

应该可以理解，在该实施例中，第一导电几何结构层30、第二导电几何结构层32、第三导电几何结构层34及第四导电几何结构层36在叠置方向上依次间隔设置在基板10上指的是，四层导电几何结构层与基板10交替设置。当然，应该可以理解，在本实用新型的可选实施例中，四层导电几何结构层中的相邻两层之间也可以不夹持基板10，而是通过其他结构层连接。例如，在一个实施例中，第一导电几何结构层30和第二导电几何结构层32之间共同夹持一个基板10、第三导电几何结构层34和第四导电几何结构层36之间共同夹持一个基板10，而相邻的第二导电几何结构层32和第三导电几何结构层34之间可以通过其他结构层连接。

在上述实施例中，带通滤波超材料包括交替设置的基板10和四层导电几何结构层，其中的四层导电几何结构层中的导电外环边框的所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合，这使得整个结构在透波段具有较好的吸波性能，同时在非工作频段具有良好的截止性能。

此外，可以理解，除上述实施例以外，上述带通滤波超材料也可以设置有其他数量的导电几何结构层，这可以根据具体情况而定，本实用新型不局限于此。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合。也就是说，第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18的形状可以相同或不同。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18所在区域在叠置方向上的投影完全重合。也就是说，第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18的形状可以构造为完全相同。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构层30上的多个第一导电外环边框一体连接设置；第二导电几何结构层32上的多个第二导电外环边框一体连接设置；第三导电几何结构层34上的多个第三导电外环边框一体连接设置；并且，第四导电几何结构层36上的多个第四导电外环边框一体连接设置。一体连接设置的多个导电外环边框等效于电感L，导电外环边框及其之间形成的间隙等效于电容C，因此每一个导电几何结构层均等效于多个LC电路，通过调制该带通滤波超材料的电磁响应，实现对不同频段范围的电磁波透波，而且透波范围比较大，透波效果较好，同时保证其在非工作频带具有良好的截止性能；应该可以理解，上述各导电几何结构层可以一体成型，这样，每个导电几何结构层可以整体模制，提高生产和制造效率。或者，在一个实施例中，上述各导电几何结构层中导电几何结构单元也可以相互固定连接或均固定在基板10上，以形成每个导电几何结构层。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电外环边框为第一正六边形环，第二导电外环边框为第二正六边形环，第三导电外环边框为第三正六边形环，第四导电外环边框为第四正六边形环。在一个实施例中，第一正六边形环、第二正六边形环、第三正六边形环、以及第四正六边形环的形状和尺寸可以构造为完全相同。

根据本实用新型的一个实施例，第一正六边形环的线宽范围为0.4mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第一正六边形环的外接圆直径范围为6.2mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第二正六边形环的线宽范围为0.1mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第二正六边形环的外接圆直径范围为5.2mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第三正六边形环的线宽范围为0.1mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第三正六边形环的外接圆直径范围为5.3mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第四正六边形环的线宽范围为0.2mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第四正六边形环的外接圆直径范围为5.0mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电外环边框、第二导电外环边框、第三导电外环边框和第四导电外环边框可以为三角形环、四边形环、五边形环、六边形环、七边形环、八边形环中的任一种。

根据本实用新型的可选实施例，第一导电外环边框、第二导电外环边框、第三导电外环边框和第四导电外环边框可以构造成正多边形金属环。例如，在一个实施例中，第一导电外环边框被构造成正五边形环。此外，可以理解，导电外环边框还可以被构造成正方形、正八边形等形状，也就是说导电外环边框可以构造成任意适当的形状；在可选的实施例中，如果需要，导电外环边框也可以构造成圆环或椭圆形环，本实用新型不局限于此。

另外，在一些情况下，导电外环边框也可以被构造成不规则的形状，以在特定频段获得较好的透波性能，即，导电外环边框可以是非正多边形形状。此外，在本实用新型的一些实施例中，导电几何结构单元也可以构造为不规则的形状。

根据本实用新型的一个实施例，设置在基板10的两侧表面的导电几何结构层形状可以相同或不同。例如，在如图4和图5所示的实施例中，设置在基底层10的两侧表面的第三导电几何结构单元16和第四导电几何结构单元18的形状不同。当然，在一些情况下，基底10的两侧表面的导电几何结构单元的形状也可以被构造成相同，这可以根据本实用新型的带通滤波超材料的具体应用范围来进行选择，本实用新型不局限于此。

如图2至图4所示，在本实用新型的一个可选实施例中，导电几何结构层位于基板10围成的区域中。也就是说，导电几何结构层围成的面积小于基板10的面积，导电几何结构层被容纳在基板10中。

此外，在本实用新型的可选实施例中，导电几何结构层可以由固体、液体、流状体或粉状金属制成，包括但不限于金、银和铜。

如图2至图5所示，根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18均为正六边形结构。

根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18均呈周期行列排布，相邻两行的第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18均错开设置。

如图6所示，根据本实用新型的一个实施例，第一导电几何结构单元12、第二导电几何结构单元14、第三导电几何结构单元16以及第四导电几何结构单元18均呈规则的蜂窝状排列设置。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一导电几何结构层30、所述第二导电几何结构层32、所述第三导电几何结构层34及所述第四导电几何结构层36的厚度范围为30μm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，基板10的相对介电常数为3.0±5％，损耗角正切为0.01±5％，厚度的范围为0.05mm±5％。

根据本实用新型的一个实施例，还包括夹层20，夹层20设置在第二导电几何结构层32和第三导电几何结构层34之间，并通过胶黏层24粘贴固定。可以理解，上述夹层可以保持线路及各层之间的绝缘性，因此，上述夹层例如可以是钛酸钙层、钛酸镁层、钛酸钡层中的任一种。另外应当理解的是，夹层应选用本领域已知的任何可用的介电材料层，这不对本实用新型构成任何限定。

在本实用新型的另一个实施例中，夹层20可以构造成镂空结构层，并且导电几何结构层构造成多边形金属环。金属环周期性排列连接在一起，从而等效于多个LC的电路，在低频段允许电磁波的透过，在高频某个频段呈现截止特性。

如图1所示，根据本实用新型的一个实施例，还包括两层蒙皮层22，蒙皮层22分别设置在第一导电几何结构层和第四导电几何结构层的外表面。应该可以理解，上述第一导电几何结构层和第四导电几何结构层的外表面指的是，第一导电几何结构层和第四导电几何结构层背离基板10的一侧。

可以理解，由于普通的低损耗材料具有很高的透波率，且随着频率的变化，透波性能变化不大，因此普通材料的透波性能比较均一。本实用新型将导电几何结构层置于普通材料的蒙皮层22和夹层20之间，通过导电几何结构层的电磁响应，可对入射的电磁波进行调制。通过选择不同的蒙皮材料和/或夹层20的材料或导电几何结构层或者调整上述结构的尺寸，可以使整个结构仅仅在某个频段具有全反射性能或透波性能。

参照图6，在本实用新型的可选实施例中，所有第一导电几何结构单元12彼此连接以形成蜂窝形状的层状结构。这样，本实施例的带通滤波超材料在低频L波段呈现高透波特性，同时在X、Ku频段具有良好的截止特性。

图7示出了本实用新型一个实施例带通滤波超材料的仿真结果图。在该实施例中，带通滤波超材料设置有三层蒙皮层，将四层导电几何结构层置于三层蒙皮材料之间，整个材料对0-2GHz频段内的入射电磁波具有良好的透波性能，且在X、Ku频段具有很好的抑制性能。一方面，本实用新型的纯物理材料提供良好的机械强度；另一方面，由于导电几何结构层的电磁响应，整个结构的透波性更好。

其中在该实施例中，蒙皮材料相对介电常数为3.15，损耗为0.005；每层厚度0.2mm，其中上层0.3mm。

导电几何结构层的尺寸为7mm，其中六边形环的尺寸从上到下依次为：6.2mm、5.2mm、5.3mm、5.0mm，线宽依次为：0.4mm、0.1mm、0.1mm、0.2mm。

仿真结果如图7所示，在电磁波(TE模、TM模)照射到材料时，在0-2GHz波段的电磁波传输系数值大于-1dB，电磁波透波率很高，而边频8GHz至18GHz的电磁波传输系数均小于-3dB，表示该微结构具有良好的带外抑制效果。

本实用新型中的由导电几何结构层和普通材料组成的多层带通滤波超材料，一方面保证了工作频段内的高透波，且对工作频段外的信号起到了过滤的作用，为天线的正常工作提供更优的保护环境。

根据本实用新型的另一个方面，还提供一种天线罩，其中，天线罩包括上述带通滤波超材料。根据本实用新型的又一个方面，还提供一种天线，其中，天线包括上述天线罩。由于该天线罩和天线中均采用了本实用新型如上所述的带通滤波超材料，因此同样具备如上所述的所有优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (17)

1.一种带通滤波超材料，其特征在于，包括：

多个基板；

第一导电几何结构层，所述第一导电几何结构层由依次排布的多个第一导电几何结构单元组成，每个所述第一导电几何结构单元包括有第一导电外环边框；

第二导电几何结构层，所述第二导电几何结构层由依次排布的多个第二导电几何结构单元组成，每个所述第二导电几何结构单元包括有第二导电外环边框；

第三导电几何结构层，所述第三导电几何结构层由依次排布的多个第三导电几何结构单元组成，每个所述第三导电几何结构单元包括有第三导电外环边框；

第四导电几何结构层，所述第四导电几何结构层由依次排布的多个第四导电几何结构单元组成，每个所述第四导电几何结构单元包括有第四导电外环边框；

所述第一导电几何结构层、所述第二导电几何结构层、所述第三导电几何结构层及所述第四导电几何结构层在叠置方向上依次间隔设置在所述基板上，

其中，所述第一导电外环边框、所述第二导电外环边框、所述第三导电外环边框、以及所述第四导电外环边框的所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合。

2.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一导电几何结构单元、所述第二导电几何结构单元、所述第三导电几何结构单元及所述第四导电几何结构单元所在区域在所述叠置方向上的投影完全重合。

3.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一导电几何结构层上的多个所述第一导电外环边框一体连接设置；所述第二导电几何结构层上的多个所述第二导电外环边框一体连接设置；所述第三导电几何结构层上的多个所述第三导电外环边框一体连接设置；并且，所述第四导电几何结构层上的多个所述第四导电外环边框一体连接设置。

4.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一导电外环边框为第一正六边形环，所述第二导电外环边框为第二正六边形环，所述第三导电外环边框为第三正六边形环，所述第四导电外环边框为第四正六边形环。

5.根据权利要求4所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一正六边形环的线宽范围为0.4mm±5％，所述第一正六边形环的外接圆直径范围为6.2mm±5％。

6.根据权利要求4所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第二正六边形环的线宽范围为0.1mm±5％，所述第二正六边形环的外接圆直径范围为5.2mm±5％。

7.根据权利要求4所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第三正六边形环的线宽范围为0.1mm±5％，所述第三正六边形环的外接圆直径范围为5.3mm±5％。

8.根据权利要求4所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第四正六边形环的线宽范围为0.2mm±5％，所述第四正六边形环的外接圆直径范围为5.0mm±5％。

9.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一导电几何结构单元、所述第二导电几何结构单元、所述第三导电几何结构单元以及所述第四导电几何结构单元均为正六边形结构。

10.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一导电几何结构单元、所述第二导电几何结构单元、所述第三导电几何结构单元以及所述第四导电几何结构单元均呈周期行列排布，相邻两行的所述第一导电几何结构单元、所述第二导电几何结构单元、所述第三导电几何结构单元及第四导电几何结构单元均错开设置。

11.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一导电几何结构单元、所述第二导电几何结构单元、所述第三导电几何结构单元以及所述第四导电几何结构单元均呈规则的蜂窝状排列设置。

12.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述第一导电几何结构层、所述第二导电几何结构层、所述第三导电几何结构层及所述第四导电几何结构层的厚度范围为30μm±5％。

13.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述基板的相对介电常数为3.0±5％，损耗角正切为0.01±5％，厚度范围为0.05mm±5％。

14.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述带通滤波超材料还包括夹层，所述夹层设置在所述第二导电几何结构层和所述第三导电几何结构层之间。

15.根据权利要求1或14所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述带通滤波超材料还包括两层蒙皮层，所述蒙皮层分别设置在所述第一导电几何结构层和所述第四导电几何结构层的外表面。

16.一种天线罩，其特征在于，所述天线罩包括权利要求1至15中任一项所述的带通滤波超材料。

17.一种天线，其特征在于，所述天线包括权利要求16所述的天线罩。