本發(fā)明涉及天線罩，更具體地說，涉及寬頻帶超材料天線罩及天線系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
超材料，俗稱超材料，是一種新型人工合成材料，是由非金屬材料制成的基板和附著在基板表面上或嵌入在基板內(nèi)部的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。基板可以虛擬地劃分為矩形陣列排布的多個(gè)基板單元，每個(gè)基板單元上附著有人造微結(jié)構(gòu)，從而形成一個(gè)超材料單元，整個(gè)超材料是由很多這樣的超材料單元組成的，就像晶體是由無數(shù)的晶格按照一定的排布構(gòu)成的。每個(gè)超材料單元上的人造微結(jié)構(gòu)可以相同或者不完全相同。人造微結(jié)構(gòu)是由金屬絲組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)，例如組成圓環(huán)形、工字形的金屬絲等。由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，每個(gè)超材料單元具有不同于基板本身的電磁特性，因此所有的超材料單元構(gòu)成的超材料對電場和磁場呈現(xiàn)出特殊的響應(yīng)特性；通過對人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可以改變整個(gè)超材料的響應(yīng)特性。一般情況下，天線系統(tǒng)都會設(shè)置有天線罩。天線罩的目的是保護(hù)天線系統(tǒng)免受風(fēng)雨、冰雪、沙塵和太陽輻射等的影響，使天線系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時(shí)減輕天線系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長使用壽命。但是天線罩是天線前面的障礙物，對天線輻射波會產(chǎn)生吸收和反射，改變天線的自由空間能量分布，并在一定程度上影響天線的電氣性能。目前制備天線罩的材料多采用介電常數(shù)和損耗角正切低、機(jī)械強(qiáng)度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹脂、高分子聚合物等，材料的介電常數(shù)具有不可調(diào)節(jié)性。結(jié)構(gòu)上多為均勻單壁結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)和空間骨架結(jié)構(gòu)等，罩壁厚度的設(shè)計(jì)需兼顧工作波長、天線罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結(jié)構(gòu)上的性能等因素，較難達(dá)到高透波要求，即使在保證高透射率的條件下也不具備選擇性透波功能。而且，天線罩的工作頻段較窄，在不同的頻段需求下需要更換天線罩，無法實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)使用，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)以及設(shè)備成本的提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述透波性能較差且工作頻段較窄，不具備選擇性透波的缺陷，提供一種具有濾波功能的寬頻帶超材料天線罩及天線系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種寬頻帶超材料天線罩，包括至少一個(gè)超材料片層，每一超材料片層包括第一基板和陣列排布在所述第一基板上的多個(gè)尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)包括口字形結(jié)構(gòu)，所述口字形結(jié)構(gòu)的中心位置設(shè)置有雪花型結(jié)構(gòu)，且所述口字形結(jié)構(gòu)的每一邊的中部設(shè)置有T字形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，每一超材料片層還包括覆蓋于所述多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)上的第二基板。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，所述超材料片層中的第一基板可劃分為多個(gè)超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個(gè)所述人造微結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，每一超材料單元的長和寬均為15～16mm，所述人造微結(jié)構(gòu)與所述超材料單元的邊界之間的距離為0.2mm。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，每一口字形結(jié)構(gòu)由四條尺寸相同且首尾相接的金屬絲構(gòu)成。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，所述T字形結(jié)構(gòu)包括兩條垂直的第一金屬絲和第二金屬絲，其中所述第一金屬絲分別連接其對應(yīng)的口字形的一邊的中點(diǎn)以及所述第二金屬絲的中點(diǎn)。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，所述雪花型結(jié)構(gòu)包括十字形結(jié)構(gòu)以及分別設(shè)置在所述十字形結(jié)構(gòu)的四個(gè)端點(diǎn)上的四個(gè)尺寸相同的一字形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，所述十字形結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的金屬絲構(gòu)成。在本發(fā)明所述的寬頻帶超材料天線罩，所述一字形結(jié)構(gòu)由一條金屬絲構(gòu)成，所述十字形結(jié)構(gòu)垂直平分所述四個(gè)一字形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線本體以及如上所述的寬頻帶超材料天線罩，所述寬頻帶超材料天線罩與天線本體間隔預(yù)設(shè)距離。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果：通過在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統(tǒng)天線罩設(shè)計(jì)時(shí)對材料厚度和介電常數(shù)的限制。而且本發(fā)明的天線罩的工作頻帶在15-18GHz之間，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高，損耗較小。在此頻帶以外具有帶阻特性，可實(shí)現(xiàn)選擇性濾波。附圖說明下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：圖1是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的寬頻帶超材料天線罩的一個(gè)超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是由多個(gè)圖1所示的超材料片層堆疊形成的寬頻帶超材料天線罩的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是人造微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；圖5是人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是超材料天線罩的S21參數(shù)示意圖。具體實(shí)施方式超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，通過對微結(jié)構(gòu)的有序排列，可以改變空間中每點(diǎn)的相對介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。超材料可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)普通材料無法具備的折射率、阻抗以及透波性能，從而可以有效控制電磁波的傳播特性?；谌嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的超材料天線罩可以通過調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射。并可通過調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行頻率選擇，根據(jù)需要調(diào)整相應(yīng)透波和濾波頻率。本發(fā)明提供了一種超材料天線罩，包括至少一個(gè)超材料片層1，如圖1和圖2所示。每個(gè)超材料片層1包括兩個(gè)相對設(shè)置的基板和附著在兩基板之間的陣列排布的人造微結(jié)構(gòu)。當(dāng)超材料片層1有多個(gè)時(shí)，各個(gè)超材料片層1沿垂直于片層的方向疊加，并通過機(jī)械連接、焊接或粘合的方式組裝成一體，如圖2所示。通常，在能夠滿足性能的情況下，一個(gè)超材料片層就可以作為超材料天線罩來使用。陣列排布的人造微結(jié)構(gòu)所在平面與電磁波的電場和磁場方向平行，與入射電磁波傳播方向垂直。超材料片層1中的第一基板10可劃分為多個(gè)超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。圖3示出了超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖(透視圖)。超材料片層1包括兩塊相同的均勻等厚的片狀基板：相對設(shè)置的第一基板10和第二基板20，所述第一基板10的面向第二基板20的表面上附著有陣列排布的人造微結(jié)構(gòu)30。超材料片層1可劃分為多個(gè)超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個(gè)所述人造微結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，以兩個(gè)基板為例進(jìn)行說明，但是在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，也可以僅采用第一基板，而人造微結(jié)構(gòu)陣列排布在第一基板10上，同樣能夠達(dá)到本發(fā)明的目的。如圖4-5所示，每一超材料單元的長和寬均為15～16mm，人造微結(jié)構(gòu)30與超材料單元的邊界之間的距離為w2＝0.2mm。每一人造微結(jié)構(gòu)30包括口字形結(jié)構(gòu)31，口字形結(jié)構(gòu)31的中心位置設(shè)置有雪花型結(jié)構(gòu)32，且口字形結(jié)構(gòu)32的每一邊的中部設(shè)置有T字形結(jié)構(gòu)33。每一口字形結(jié)構(gòu)31由四條尺寸相同且首尾相接的金屬絲構(gòu)成。T字形結(jié)構(gòu)33包括兩條垂直的第一金屬絲331和第二金屬絲332，其中第一金屬絲331分別連接其對應(yīng)的口字形的一邊的中點(diǎn)以及第二金屬絲332的中點(diǎn)。雪花型結(jié)構(gòu)32包括十字形結(jié)構(gòu)321以及分別設(shè)置在十字形結(jié)構(gòu)321的四個(gè)端點(diǎn)上的四個(gè)尺寸相同的一字形結(jié)構(gòu)322。十字形結(jié)構(gòu)321由兩條尺寸相同且垂直平分的金屬絲構(gòu)成。一字形結(jié)構(gòu)322由一條金屬絲構(gòu)成，十字形結(jié)構(gòu)321垂直平分四個(gè)一字形結(jié)構(gòu)322。在本發(fā)明一實(shí)施例中，超材料單元的長和寬均為15.4mm?？谧中谓Y(jié)構(gòu)31的邊長均為a＝15mm。十字形結(jié)構(gòu)321的兩條金屬絲的長度均為d＝5mm。T字形結(jié)構(gòu)33的第一金屬絲的長度為c＝2mm，第二金屬絲的長度為b＝2mm。人造微結(jié)構(gòu)30中的金屬絲的線寬均為w1＝0.1mm。人造微結(jié)構(gòu)30與超材料單元邊界之間的距離為0.2mm。第一基板10和第二基板20的厚度均為2mm，人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0.018mm。此處的數(shù)值僅為示例，在實(shí)際應(yīng)用中，可以依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，本發(fā)明對此不作限制。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第一基板10和第二基板20由F4B或FR4復(fù)合材料制得。第一基板10和第二基板20之間通過填充液態(tài)基板原料或者通過組裝相互連接在一起。人造微結(jié)構(gòu)30通過蝕刻的方式附著在第一基板10上，當(dāng)然人造微結(jié)構(gòu)30也可以采用電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在第一基板10或第二基板20上。第一基板10和第二基板20也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、聚四氟乙烯、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。人造微結(jié)構(gòu)30采用銅線制成，當(dāng)然也可以采用銀線、ITO、石墨或者碳納米管等導(dǎo)電材料制成。附圖中示意的天線罩的形狀為平板狀，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際需求來設(shè)計(jì)天線罩的形狀，比如可以設(shè)計(jì)成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀(共形的天線罩)等，本發(fā)明對此不作限制。本實(shí)施例的超材料天線罩的S參數(shù)隨頻率變化的示意圖如圖6所示，所用第一基板10和第二基板20為F4B復(fù)合材料。由圖6可以看到，本發(fā)明的技術(shù)方案在基板上附著人造微結(jié)構(gòu)后S21參數(shù)在15-18GHz范圍內(nèi)基本上都大于-0.2dB，采用本發(fā)明的天線罩具有良好的透波性能，損耗較小。另外，在小于15GHz和大于18GHz時(shí)，天線罩的透射系數(shù)S21小于2dB，透射小，具有帶阻性質(zhì)，可以作為選擇性濾波功能使用。通過改變微結(jié)構(gòu)的尺寸來調(diào)節(jié)透波和濾波頻帶及其帶寬，從而適用不同的應(yīng)用場合。本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線本體，以及如上文所述的寬頻帶超材料天線罩，寬頻帶超材料天線罩與天線本體間隔預(yù)設(shè)距離。天線本體包括輻射源、饋電單元等，具體構(gòu)成可參閱相關(guān)技術(shù)資料，本發(fā)明對此不作限制。天線本體可以是例如但不限于平板天線。本發(fā)明通過在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加。可以通過調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統(tǒng)天線罩設(shè)計(jì)時(shí)對材料厚度和介電常數(shù)的限制。而且本發(fā)明的天線罩的工作頻帶在15-18GHz之間，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高，損耗較小。在此頻帶以外具有帶阻特性，可實(shí)現(xiàn)選擇性濾波。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。