專利名稱：一種人工電磁材料、天線罩及天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人工電磁材料,更具體地說，涉及一種人工電磁材料、天線罩及天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人工電磁材料,英文名稱Metamaterial,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。人造微結(jié)構(gòu)是由金屬絲或其它導(dǎo)電材料制成的絲線組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)，例如圓環(huán)形、工字形等。由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，使得整個(gè)超材料有著不同于基板本身的電磁特性，當(dāng)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸分布不同時(shí)，超材料的各局部的電磁特性也響應(yīng)改變，從而使超材料整體表現(xiàn)出一些特殊的響應(yīng)特性；通過對(duì)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(huì)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。為了盡量少地影響天線發(fā)射的信號(hào)，天線罩一般采用透波性能好、損耗角正切值小、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
坐寸o這些材料雖然能基本滿足天線罩的需求，但當(dāng)用戶需要對(duì)天線罩有特殊的要求，例如對(duì)于天線的輻射電磁波，需要一定頻段的電磁波能透過天線罩而其他頻段的則被反射掉，這種情況下，普通的天線罩就不能滿足需求。人們就轉(zhuǎn)而向人工電磁材料來尋求解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的天線罩不具有頻率選擇功能的缺陷，提供一種人工電磁材料及天線系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種人工電磁材料，包括至少一個(gè)非導(dǎo)電材料制成的基板和附在所述基板表面上的金屬箔，所述金屬箔上鏤空有多個(gè)相同的十字框形槽，每個(gè)所述十字框形槽為封閉曲線且內(nèi)輪廓圍成的形狀為十字形，所述十字框形槽以與其內(nèi)輪廓的十字形的豎線成45度的方向?yàn)樾小⒁耘c其內(nèi)輪廓的十字形的豎線成-45度的方向?yàn)榱?、且行間距等于列間距的排布方式周期性陣列排布于所述金屬箔上。在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，所述人工電磁材料包括三個(gè)層疊的基板，相鄰兩基板之間設(shè)置有一層所述金屬箔。在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，所述金屬箔為銅箔或銀箔。在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，所述十字框形槽的槽寬處處相等。
在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，所述十字框形槽的內(nèi)輪廓圍成的十字形的橫線和豎線的線寬相等，線長也相等，且橫線和豎線互相垂直平分。在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，所述十字框形槽的行間距為Z y，列間距為Zl X,每個(gè)所述十字框形槽的沿十字形的橫線的方向的總長度為Wb,沿十字形的豎線的方向的總長度為Wa，各尺寸滿足」X=」y,Zlx<V2Wa,ffa = Wb。在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，所述十字框形槽的行間距」y和列間距」X滿足zjx=Zy=5 Vimm,沿十字形的橫線的方向的總長度Wa和沿豎線的方向的總長度Wb滿足^ = ffb=7. 3mm,槽寬為 O. 3mm。在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，金屬箔的厚度為O. 018mm，所述基板的厚度為3. 2mmο 在本發(fā)明所述的人工電磁材料中，所述人工電磁材料的工作頻段為8 12GHz。本發(fā)明還涉及一種天線罩，用于罩設(shè)在天線本體上，包括上述人工電磁材料。本發(fā)明還涉及一種天線系統(tǒng)，包括天線本體以及上述天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線本體上。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果由于金屬箔上鏤空有結(jié)構(gòu)特別的十字框形槽，使附有這種金屬箔的天線罩具有良好的頻率選擇功能，能夠滿足特定場合例如軍事上隱身等特殊需求。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明的人工電磁材料的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中的金屬箔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中的十字框形槽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是具有圖2所示金屬箔的帶同頻率選擇天線罩的頻率響應(yīng)仿真圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種人工電磁材料，包括至少一個(gè)非導(dǎo)電材料制成的基板和附著在基板表面上的金屬箔。這里的非導(dǎo)電材料有多種選擇，例如陶瓷、FR4、F4B (聚四氟乙烯)、HDPE (高密度聚乙烯，High Density Polyethylene)、或 ABS (Acrylonitrile ButadieneStyrene )、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料等。如圖I所不，本實(shí)施例中的人工電磁材料I具有二層依次置加的基板3,相鄰兩基板3之間各附著有一層金屬箔2。兩層金屬箔2完全相同，三層基板則選擇為上、下兩層為相同材料，中間的基板為另一種材料。因?yàn)樯?、下兩層基板分別與空氣接觸，因此選擇介電常數(shù)比較接近于I的材料。中間層為了增強(qiáng)金屬箔的響應(yīng)，選擇介電常數(shù)比上、下層高的材料。同樣，當(dāng)基板3超過三層時(shí)，最里層和最外層的基板3選用介電常數(shù)接近I的材料，中間幾層可以根據(jù)實(shí)際需要而調(diào)整。金屬箔2的結(jié)構(gòu)如圖2所示，為均勻等厚的金屬箔片，可以為銅箔、銀箔、金箔等導(dǎo)電性能好的金屬材料。金屬箔2上鏤空有多個(gè)相同的十字框形槽4且它們周期性排布。所謂十字框形槽4，是指繞一個(gè)“十”字的外邊緣一圈開槽所形成的框結(jié)構(gòu)，則十字框形槽4的內(nèi)輪廓即圍成上述十字形，而該槽為具有一定寬度的封閉曲線。圖2中陰影所示為十字框形槽4,空白部分表不金屬箔實(shí)體。十字框形槽4如圖3所示，內(nèi)輪廓的十字形40包括相互垂直正交的橫線和豎線，優(yōu)選二者的線長和線寬均相等，且二者相互垂直平分。橫線所在的方向用Si表示，豎線所在的方向用S2表示。十字框形槽4的槽寬也處處相等，如圖3所示，則整個(gè)結(jié)構(gòu)繞其中心點(diǎn)O成90度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱結(jié)構(gòu)。多個(gè)十字框形槽4成矩形陣列排布，排布的每行、每列的方向分別為與十字框形槽4的十字形的豎線方向S2成45度、-45度角(逆時(shí)針為正)的方向，即如圖3所示，以任一^h字框形槽4的中心點(diǎn)O為原點(diǎn)，以與豎線成45度角的方向?yàn)閄軸，以與豎線成-45度角的方向?yàn)閥軸。如圖2所示，已知十字框形槽4的行間距(即同一列上相鄰兩十字框形槽的中心點(diǎn)O的距離)為」y，列間距(同一行上相鄰兩十字框形槽的中心點(diǎn)O的距離)為」X， 在XOY軸坐標(biāo)系內(nèi)，每個(gè)十字框形槽的中心點(diǎn)O的坐標(biāo)均滿足(n」x，m」y)，其中n，m為任意整數(shù)。本發(fā)明中，行間距和列間距相等，即」X= Z I。為了獲得較好的頻率選擇效果，應(yīng)在金屬箔2上分布盡可能多的十字框形槽4，同時(shí)為了避免相鄰十字框形槽4之間相交而不獨(dú)立，十字框形槽4的尺寸與行間距、列間距之間必須滿足一定的條件。結(jié)合圖2、圖3可知，設(shè)每個(gè)所述十字框形槽4的沿十字形的橫線的方向SI的總長度為Wb，沿十字形的豎線的方向S2的總長度為Wa，各尺寸滿足」X=」y,Zlx<V2Wa,Wa = Wb。當(dāng)Wa古Wb時(shí)，顯然將滿足其他關(guān)系式，均可根據(jù)實(shí)際情況推算。下面，將結(jié)合具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的天線罩的應(yīng)用效果。在一實(shí)施例中，如圖3所示,各參數(shù)為Zx=Zly=5Wmm,Wa = Wb=7· 3mm,槽寬w=0. 3mm,十字形的橫線、豎線的線寬L=L 5mm,金屬箔為銅箔且厚度為O. 018mm,基板的厚度為3. 2mm,上、下兩層基板介電常數(shù)ε rt=1.42、損耗角正切值tan δ =0.01，中間層基板介電常數(shù)ε rt=2. 2、損耗角正切值tanδ=0. 009。對(duì)具有上述結(jié)構(gòu)特征的人工電磁材料進(jìn)行仿真，其S參數(shù)仿真圖如圖4所示。由圖4可以看到，上述人工電磁材料在9. 3GHz時(shí)，透波系數(shù)S21基本為O、反射系數(shù)Sll約為-25 ;在11. 2GHz時(shí)，人工電磁材料的S21為-O. IdB, Sll為_24dB。由圖可見，人工電磁材料在8 12GHz的頻段范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)帶通，則此頻段范圍內(nèi)的電磁波能夠很好的透過，而其他頻率的電磁波則會(huì)被大量損耗或反射，使得本發(fā)明的人工電磁材料具有良好的頻率選擇功能，能夠滿足特定場合例如軍事上隱身等特殊需求。需要說明的是，附圖中示意的人工電磁材料的形狀為平板狀，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)人工電磁材料的形狀，比如可以設(shè)計(jì)成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀(共形的人工電磁材料)等，也不排除使用多個(gè)平板狀結(jié)構(gòu)拼接成需要的形狀，本發(fā)明對(duì)此不作限制。本發(fā)明還提供一種用于罩設(shè)在天線本體上的天線罩，該天線罩即包括具有上述人工電磁材料，用來對(duì)天線本體發(fā)出和接收的電磁波進(jìn)行選擇性透波。本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線本體，以及如上文所述的人工電磁材料，人工電磁材料罩設(shè)于天線上。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(duì)此不作限制。天線本體可以是例如但不限于平板天線、網(wǎng)橋天線。上面結(jié)合附圖對(duì)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)。
權(quán)利要求
1.一種人工電磁材料，其特征在于，包括至少一個(gè)非導(dǎo)電材料制成的基板和附在所述基板表面上的金屬箔，所述金屬箔上鏤空有多個(gè)相同的十字框形槽，每個(gè)所述十字框形槽為封閉曲線且內(nèi)輪廓圍成的形狀為十字形，所述十字框形槽以與其內(nèi)輪廓的十字形的豎線成45度的方向?yàn)樾?、以與其內(nèi)輪廓的十字形的豎線成-45度的方向?yàn)榱小⑶倚虚g距等于列間距的排布方式周期性陣列排布于所述金屬箔上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述人工電磁材料包括三個(gè)層疊的基板，相鄰兩基板之間設(shè)置有一層所述金屬箔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述金屬箔為銅箔或銀箔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工電磁材料，其特征在于，所述十字框形槽的槽寬處處相坐寸ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人工電磁材料，其特征在于，所述十字框形槽的內(nèi)輪廓圍成的十字形的橫線和豎線的線寬相等，線長也相等，且橫線和豎線互相垂直平分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的人工電磁材料，其特征在于，所述十字框形槽的行間距為」y，列間距為」X，每個(gè)所述十字框形槽的沿十字形的橫線的方向的總長度為Wb，沿十字形的豎線的方向的總長度為Wa，各尺寸滿足」X=」y,Zlx<V2 Wa^Wa=WbO
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人工電磁材料，其特征在于，所述十字框形槽的行間距Zy和列間距」X滿足ZlX= z] y=5 4l mm，沿十字形的橫線的方向的總長度Wa和沿豎線的方向的總長度Wb滿足Wa = Wb = 7. 3mm,槽寬為O. 3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人工電磁材料，其特征在于，金屬箔的厚度為O.018mm，所述基板的厚度為3. 2mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人工電磁材料，其特征在于，所述人工電磁材料的工作頻段為 8 12GHz。
10.一種天線罩，其特征在于，用于罩設(shè)在天線本體上，包括具有權(quán)利要求I至9任一項(xiàng)所述的人工電磁材料。
11.一種天線系統(tǒng)，其特征在于，包括天線本體以及權(quán)利要求10所述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線本體上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人工電磁材料、天線罩及天線系統(tǒng)，該人工電磁材料包括至少一個(gè)非導(dǎo)電材料制成的基板和附在所述基板表面上的金屬箔，所述金屬箔上鏤空有多個(gè)相同的十字框形槽，每個(gè)所述十字框形槽為封閉曲線且內(nèi)輪廓圍成的形狀為十字形，所述十字框形槽以與其內(nèi)輪廓的十字形的豎線成45度的方向?yàn)樾?、以與其內(nèi)輪廓的十字形的豎線成-45度的方向?yàn)榱?、且行間距等于列間距的排布方式周期性陣列排布于所述金屬箔上。天線罩具有上述人工電磁材料，天線系統(tǒng)包括由上述天線罩。由于金屬箔上鏤空有結(jié)構(gòu)特別的十字框形槽，使附有這種金屬箔的天線罩具有良好的頻率選擇功能，能夠滿足特定場合例如軍事上隱身等特殊需求。
文檔編號(hào)H01Q1/42GK102769198SQ20121022050
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月29日
發(fā)明者付少麗, 劉若鵬, 方小偉, 趙治亞 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司