基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種可供無線信號穿過的墻體，尤其設(shè)及一種基于阻抗匹配的對無線 信號無阻擋的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，對微波的透波增強(qiáng)性研究主要集中于周期性金屬結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電磁 波入射到亞波長金屬孔/縫結(jié)構(gòu)和周期權(quán)皺結(jié)構(gòu)上時(shí)，電磁波仍然可W透過金屬，且在特 定的頻率出現(xiàn)了透波增強(qiáng)現(xiàn)象。目前除了亞波長孔陣列，在對亞波長單孔，如狹縫、圓孔、環(huán) 形空中的研究也發(fā)現(xiàn)了透波增強(qiáng)現(xiàn)象。運(yùn)些增強(qiáng)效應(yīng)主要來自于小孔邊界處激發(fā)的局域 表面等離子體模式，從而對亞波長單孔產(chǎn)生的透波增強(qiáng)。但運(yùn)些器件的材料主要取自貴金 屬，制備成本較高，相應(yīng)也需要一定的維護(hù)措施，同時(shí)大多只適用于小型微波器件，如微帶 天線、微波集成電路等方面，缺少更為宏觀的應(yīng)用。
[0003] 現(xiàn)有的對無線信號如Wi-Fi信號或4G信號的透波增強(qiáng)方法，主要是在信號源處進(jìn) 行增強(qiáng)，或是增設(shè)相應(yīng)的設(shè)備。由于Wi-Fi信號或是手機(jī)4G信號在傳輸過程中，始終會受到 磚頭混凝±墻體的阻隔，主要是因?yàn)閴w阻抗與空氣阻抗不匹配，目前增強(qiáng)Wi-Fi信號透 墻的方法主要是將Wi-Fi參數(shù)設(shè)置成802. 11N、選擇MIMO增強(qiáng)模式等從源頭加強(qiáng)Wi-Fi信 號，或是在信號傳播過程中增配電力貓及無線AP(Access化int，接入點(diǎn)）進(jìn)行中繼擴(kuò)展， 但此種做法設(shè)備投入較為昂貴。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)的主要缺點(diǎn)在于： 陽00引 1、現(xiàn)有Wi-Fi的發(fā)射頻率有2. 4GHz和5GHz兩種，鑒于普通墻體主要由混凝±與 磚頭建造，阻抗往往與空氣嚴(yán)重不匹配，故而造成Wi-Fi信道被阻，但選擇從源頭處提升 Wi-Fi信號效果甚微，而且頻率越高的信號波長越短，越難繞過墻體；
[0006] 2、其他增強(qiáng)微波透波的方法如亞波長金屬孔陣列，它的單孔形狀、孔的大小數(shù)量 W及陣列的周期、金屬厚度、孔中介質(zhì)的介電常數(shù)都會影響周期孔陣列的透波效應(yīng)，但主要 依托的機(jī)理是讓金屬孔表面的等離子體產(chǎn)生共振，增強(qiáng)透波，運(yùn)類材料一般用于微型電子 器件研制，價(jià)格昂貴；
[0007] 3、其他如在傳播途中添加一些中繼設(shè)備，如電力貓或是無線AP，雖然對于普通家 庭來說投入資金或許不多，但對大公司企業(yè)來說，不光設(shè)備數(shù)目增加，線路鋪設(shè)也必須重新 規(guī)劃，需要投入較多的人力物力。
[0008] 有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加W研究創(chuàng)新，W期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的基于 阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)微波頻段、寬角度、偏振無關(guān)的超透復(fù) 合材料，該復(fù)合材料基于阻抗匹配原理，實(shí)現(xiàn)大角度范圍內(nèi)的超透，頻率響應(yīng)較寬且易于制 備，對環(huán)境耐受性好，維護(hù)成本也較低，它不僅可W作為墻體對住宅分區(qū)，還能作為一堵有 形的Wi-Fi透明墻實(shí)現(xiàn)信號覆蓋而不需投入額外資金增設(shè)中繼設(shè)備，降低建造成本。
[0010] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種基于阻抗匹配的對無線信 號無阻擋的裝置，由兩種不同介電常數(shù)的建筑材料在一個(gè)方向上周期性堆疊形成。
[0011] 進(jìn)一步的，兩所述建筑材料分別為聚丙締、混凝上。
[0012] 進(jìn)一步的，兩所述建筑材料按交替方式周期性堆疊。
[0013] 借由上述方案，本發(fā)明的基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置可設(shè)計(jì)成墻 體，能夠提高微波的透波性，使得任意一個(gè)角度都不會阻擋無線信號，實(shí)現(xiàn)了無線信號的無 阻礙傳輸；另外，形成墻體的材料為聚丙締和混凝±，相比貴金屬孔陣系列，從微觀的電路 電子器件擴(kuò)展到宏觀墻體應(yīng)用，同時(shí)大大降低了制造成本。
[0014] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予W實(shí)施，W下W本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本發(fā)明的最小周期的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖3是本發(fā)明的最小周期結(jié)構(gòu)在四分之一個(gè)k空間中的等阻抗曲線分布；
[0018] 圖4是圖3等阻抗曲線分布對應(yīng)的等頻率曲線圖；
[0019] 圖5 (a)是結(jié)構(gòu)模擬圖，圖5化）表示僅含e 1時(shí)的全角度透射響應(yīng)與頻率響應(yīng)，圖 5(c)表示僅含e2時(shí)的角度與頻率響應(yīng)的透射情況，圖5(d)、（e)是復(fù)合材料在TE (a)和 TM化）兩種偏振波下的頻率與角度響應(yīng)透射圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。W下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0021] 本發(fā)明一較佳實(shí)施例所述的一種基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置，由聚 丙締（介電常數(shù)e 1= 2. 3)與混凝± (介電常數(shù)e2=9)在一個(gè)方向上按交替方式周期 性堆疊形成。如圖1所示，聚丙締與混凝±排布為ABABABABA.......，只在z方向 上呈周期排列，CU=曰，a指周期長度。 陽02引為測試電磁波進(jìn)入本發(fā)明的復(fù)合材料時(shí)的阻抗，用COMSOLMultiphysics軟件來 進(jìn)行理論模擬，它是一款W有限元法為基礎(chǔ)的多物理場模擬軟件。
[0023] 為簡化運(yùn)算，我選取出一個(gè)最小周期性重復(fù)單元來進(jìn)行研究，如圖2所示。
[0024] 寬頻、寬角度的超透復(fù)合材料即意味著其阻抗能與背景阻抗完全匹配，由于選取 的是一種對稱結(jié)構(gòu)，電場（或磁場）在其邊界處的分布是均勻的，依據(jù)電動力學(xué)對阻抗的定 義，用如下關(guān)系式來求出電磁波進(jìn)入該復(fù)合材料時(shí)的阻抗
陽0%] Z表示阻抗，E、H分別表示電場和磁場強(qiáng)度，X表示入射方向，y表示垂直于入射方 向，Z垂直于xy平面，PC表示該材料的簡稱光子晶體（Photonic化ystals)。同時(shí)空氣阻 抗可W通過麥克斯韋方程組求得
[0028] W表示圓頻率，表示真空中的磁導(dǎo)率，圖3為該周期結(jié)構(gòu)在四分之一個(gè)k空間中的 等阻抗曲線分布，可W看到，黑色最深處的區(qū)域即代表光子晶體阻抗與空氣阻抗相等的地 方，對應(yīng)到該結(jié)構(gòu)的等頻率曲線中，如圖4所示，其中顏色深淺表示頻率大小，黑實(shí)線表示 阻抗完全匹配時(shí)的頻（f = 8*c = 2. 4GHz，C = 3e8)，在圖4橫軸上0. 25至0. 75范圍內(nèi)的 頻率也幾乎可W使得其阻抗與空氣基本匹配，實(shí)現(xiàn)在光頻段對光波的寬角度寬頻無偏振透 射。 陽029] 參見圖5(a)所示的是結(jié)構(gòu)模擬圖，￡1= 2. 3，e2= 9,周期a = 4. 25cm，其中深 灰色表示Ei部分，di= 0.6a，淺灰色表示e 2部分，CU= 〇.4曰，0表示入射角，圖5(b)表 示僅含Ei時(shí)的全角度透射響應(yīng)與頻率響應(yīng)（10層透射），圖5(c)表示僅含e2時(shí)的角度 與頻率響應(yīng)的透射情況（同樣是10層透射）?？蒞看到在2GHz至2. 7GHz，僅兩種介質(zhì)時(shí) 的透射并不連續(xù)，高透部分的角度也很窄，而當(dāng)把兩種介質(zhì)排布成如圖5(a)運(yùn)樣的周期結(jié) 構(gòu)時(shí)（10層堆疊），頻率間的透射不連續(xù)可W消除一部分，相應(yīng)的超透角度范圍也變寬，如 圖5 (d)和（e)所示，在Wi-Fi發(fā)射頻率2. 4GHz附近，無論是TE還是TM波都能實(shí)現(xiàn)近0° 到90°的超透，實(shí)現(xiàn)對該頻率Wi-Fi的"隱形"，另外該結(jié)構(gòu)的頻率響應(yīng)也較寬，基本可W涵 蓋中國S大通信商的4G信號波段。
[0030] 同時(shí)，用來制備該結(jié)構(gòu)的材料在日常生活中也十分常見，主要是聚丙締（Ei = 2. 3)，混凝± ( e 2= 9)，均是常用的建筑材料?；炷雷鳛閴w建筑材料具有良好的耐久 性能，可塑性好強(qiáng)度高，而PP塑料（即聚丙締）則具有低密度，良好的成型性能、力學(xué)性能 W及抗彎曲疲勞性能，且無毒抗電壓耐熱防腐蝕，具有基本的墻體材料特性，二者的價(jià)格也 很便宜，制備該結(jié)構(gòu)的工藝也并不困難（多層堆疊，可視具體墻厚而定），能大大降低建造 成本。
[0031] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技 術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和 變型，運(yùn)些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置，其特征在于：由兩種不同介電常數(shù) 的建筑材料在一個(gè)方向上周期性堆疊形成。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置，其特征在于：兩 所述建筑材料分別為聚丙烯、混凝土。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置，其特征在于：兩 所述建筑材料按交替方式周期性堆疊。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置，由兩種不同介電常數(shù)的建筑材料在一個(gè)方向上周期性堆疊形成。本發(fā)明的基于阻抗匹配的對無線信號無阻擋的裝置可設(shè)計(jì)成墻體，能夠提高微波的透波性，使得任意一個(gè)角度都不會阻擋無線信號，實(shí)現(xiàn)了無線信號的無阻礙傳輸；另外，形成墻體的材料為聚丙烯和混凝土，相比貴金屬孔陣系列，從微觀的電路電子器件擴(kuò)展到宏觀墻體應(yīng)用，同時(shí)大大降低了制造成本。
【IPC分類】E04B2/00, H01Q15/08
【公開號】CN105401669
【申請?zhí)枴緾N201510740921
【發(fā)明人】賴耘, 姚忠琦, 羅杰
【申請人】蘇州大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月4日