專(zhuān)利名稱(chēng)：低損耗透波材料及其天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線(xiàn)罩，更具體地說(shuō)，涉及低損耗透波材料及其天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般情況下，天線(xiàn)系統(tǒng)都會(huì)設(shè)置有天線(xiàn)罩。天線(xiàn)罩的目的是保護(hù)天線(xiàn)系統(tǒng)免受風(fēng)雨、冰雪、沙塵和太陽(yáng)輻射等的影響，使天線(xiàn)系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時(shí)減輕天線(xiàn)系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長(zhǎng)使用壽命。但是天線(xiàn)罩是天線(xiàn)前面的障礙物，對(duì)天線(xiàn)輻射波會(huì)產(chǎn)生吸收和反射，改變天線(xiàn)的自由空間能量分布，并在一定程度上影響天線(xiàn)的電氣性能。目前制備天線(xiàn)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(shù)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(zhǎng)、天線(xiàn)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，在保護(hù)天線(xiàn)免受外部環(huán)境影響的條件下不具備增強(qiáng)天線(xiàn)方向性和提高天線(xiàn)增益的功能，損耗較大，透波性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述損耗較大、透波性能較差的缺陷，提供低損耗透波材料及其天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種低損耗透波材料，包括由非金屬材料制成的第一基板和第二基板，以及夾設(shè)在第一基板和第二基板之間的金屬層，所述金屬層上鏤刻有多個(gè)具有三條分叉的三分叉槽結(jié)構(gòu)，所述三分叉槽結(jié)構(gòu)的三條分叉共端點(diǎn)且彼此之間所成夾角為鈍角。在本發(fā)明所述的低損耗透波材料中，所述低損耗透波材料還包括覆蓋于所述第一基板外表面的多個(gè)陣列排布的第二金屬微結(jié)構(gòu)和覆蓋于所述第二基板外表面的多個(gè)陣列排布的第三金屬微結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的低損耗透波材料中，所述第二金屬微結(jié)構(gòu)為三分叉金屬微結(jié)構(gòu)，所述三分叉金屬微結(jié)構(gòu)的三條分叉共端點(diǎn)且彼此之間所成夾角為鈍角。在本發(fā)明所述的低損耗透波材料中，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)與第二金屬微結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸相同。在本發(fā)明所述的低損耗透波材料中，所述三分叉金屬微結(jié)構(gòu)在第一基板外表面的位置與所述三分叉槽結(jié)構(gòu)在第一基板和第二基板之間的位置相對(duì)應(yīng)。在本發(fā)明所述的低損耗透波材料中，所述三分叉槽結(jié)構(gòu)以其任一分叉的對(duì)稱(chēng)軸所在的方向?yàn)樾小⒁耘c所述對(duì)稱(chēng)軸成60度的方向?yàn)榱?、且行間距等于列間距的方式周期性排布。在本發(fā)明所述的低損耗透波材料中，所述三分叉金屬微結(jié)構(gòu)以其任一分叉的對(duì)稱(chēng)軸所在的方向?yàn)樾?、以與所述對(duì)稱(chēng)軸成60度的方向?yàn)榱小⑶倚虚g距等于列間距的方式周期性排布。
在本發(fā)明所述的低損耗透波材料中，所述第一基板和所述第二基板的介電常數(shù)為
2.65，損耗角正切值為O. 001。本發(fā)明還提供一種天線(xiàn)罩，用于罩設(shè)在天線(xiàn)上，包括如上所述的低損耗透波材料。本發(fā)明還提供一種天線(xiàn)系統(tǒng)，包括天線(xiàn)以及如上所述的天線(xiàn)罩，所述天線(xiàn)罩罩設(shè)于天線(xiàn)上。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果通過(guò)在基板上附著特定形狀的金屬
微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得天線(xiàn)罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)
節(jié)金屬微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來(lái)改變材料的相對(duì)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(xiàn)罩設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料厚度
和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的低損耗透波材料及其天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)可工作在X波段，在
此波段內(nèi)的透波效率很高。天線(xiàn)加上天線(xiàn)罩后，天線(xiàn)的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增.、
Mo而且，通過(guò)調(diào)節(jié)三分叉槽結(jié)構(gòu)和三分叉金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸能夠改變透波材料、天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)的工作頻段的帶寬。


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(shuō)明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的低損耗透波材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I所述低損耗透波材料的俯視圖；圖3是圖2所示的三分叉槽結(jié)構(gòu)31的周期性排布示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的低損耗透波材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4所示的第二金屬層在第一基板上的排布示意圖；圖6是圖5所示的第二金屬微結(jié)構(gòu)在第一基板外表面的周期性排布示意圖；圖7是圖4所示的第三金屬層在第二基板上的排布示意圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的低損耗透波材料的S參數(shù)仿真示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種低損耗透波材料，如圖I所示，包括由非金屬材料制成的第一基板10和第二基板20，以及夾設(shè)在第一基板10和第二基板20之間的金屬層，金屬層上鏤刻有多個(gè)具有三條分叉的三分叉槽結(jié)構(gòu)31，三分叉槽結(jié)構(gòu)31的三條分叉共端點(diǎn)且彼此之間所成夾角為鈍角?？梢岳斫獾氖牵f(shuō)明書(shū)附圖中示出的三分叉槽結(jié)構(gòu)31的數(shù)目?jī)H為示意，用于說(shuō)明人造微結(jié)構(gòu)之間的排布情況，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。制造基板的材料有多種選擇，例如陶瓷、FR4、F4B (聚四氟乙烯)、HDPE (高密度聚乙烯，High Density Polyethylene)、ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)、鐵電材料、或者鐵磁材料等。第一基板10、第二基板20優(yōu)選介電常數(shù)為2. 65，損耗角正切為O. 001的材料。在本發(fā)明一實(shí)施例中，三分叉槽結(jié)構(gòu)31的三條分叉彼此之間所成夾角為120度，也可以為不相等的鈍角，例如分別為100度、120度、140度，110度、120度、130度，等等。三分叉槽結(jié)構(gòu)31的三條分叉的端部可以為弧形，例如半圓弧、橢圓弧等。
三分叉槽結(jié)構(gòu)31排布在基板上，其排布方式有多種，常見(jiàn)的如矩形陣列排布，即以任一方向?yàn)樾小⒁源怪庇谠摲较虻姆较驗(yàn)榱?，按照一定的行間距和列間距排布即可。本發(fā)明中，三分叉槽結(jié)構(gòu)31自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種新的周期性排布方式。如圖2、3所示。三分叉槽結(jié)構(gòu)31以其任一分叉的對(duì)稱(chēng)軸所在的方向?yàn)樾?記作X方向)、以與該對(duì)稱(chēng)軸成60度的方向?yàn)榱?記作I方向)周期性排布、且行間距(同一列上相鄰兩個(gè)三分叉槽結(jié)構(gòu)31的中心點(diǎn)O、03之間的距離，記作」y)等于列間距(同一行上相鄰兩個(gè)三分叉槽結(jié)構(gòu)31的中心點(diǎn)0、03之間的距離，記作」X)。則由圖3可知，相鄰兩行、相鄰兩列上的四個(gè)三分叉槽結(jié)構(gòu)31的中心點(diǎn)O、01、02、03四點(diǎn)的連線(xiàn)構(gòu)成銳角為60的菱形四邊形。采用這種排布方式，可以盡可能充分地利用基板表面的空間來(lái)排布三分叉槽結(jié)構(gòu)31。圖4是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的低損耗透波材料的結(jié)構(gòu)示意圖。低損耗透波材料包括兩層基板第一基板10和第二基板20，以及三層金屬層1、2、3。其中金屬層I即為圖I所示的金屬層。與圖I不同的是，除了圖I中的第一基板10和第二基板20以及金屬層夕卜，還包括第二金屬層2和第三金屬層3。第二金屬層2覆蓋于第一基板10外表面，由多個(gè) 陣列排布的第二金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。第三金屬層3覆蓋于第二基板20外表面，由多個(gè)陣列排布的第三金屬微結(jié)構(gòu)構(gòu)成。第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)為導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖案的平面結(jié)構(gòu)。這里的導(dǎo)電材料，可以是金、銀、銅等導(dǎo)電性能良好的金屬材料，或者主要成分為金、銀、銅中的一種或兩種的合金材料，也可以是碳納米管、摻鋁氧化鋅、銦錫氧化物等可以導(dǎo)電的非金屬材料。本發(fā)明中，優(yōu)選銅或銀。第一基板10、第二基板20的厚度為O. 5 1.5mm。第二金屬微結(jié)構(gòu)在第一基板10外表面的排布及具體形狀見(jiàn)圖5、6所示。第二金屬微結(jié)構(gòu)為三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32，三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的三條分叉共端點(diǎn)且彼此之間所成夾角為120度。在本發(fā)明一實(shí)施例中，三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的三條分叉彼此之間所成夾角為120度，也可以為不相等的鈍角，例如分別為100度、120度、140度，110度、120度、130度，等等。三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的三條分叉的端部可以為弧形，例如半圓弧、橢圓弧等。與上文所述的三分叉槽結(jié)構(gòu)31的排布情況類(lèi)似。三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32以其任一分叉的對(duì)稱(chēng)軸所在的方向?yàn)樾?記作X方向)、以與該對(duì)稱(chēng)軸成60度的方向?yàn)榱?記作y方向)周期性排布、且行間距(同一列上相鄰兩個(gè)三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的中心點(diǎn)0、03之間的距離，記作」y)等于列間距(同一行上相鄰兩個(gè)三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的中心點(diǎn)O、03之間的距離，記作」X)。則由圖6可知，相鄰兩行、相鄰兩列上的四個(gè)三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的中心點(diǎn)0、01、02、03四點(diǎn)的連線(xiàn)構(gòu)成銳角為60的菱形四邊形。采用這種排布方式，可以盡可能充分地利用基板表面的空間來(lái)排布三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32。在本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，第三金屬微結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸與第二金屬微結(jié)構(gòu)的的形狀和尺寸相同，也為三分叉金屬微結(jié)構(gòu)，具體可參見(jiàn)上文所述。圖7給出了圖4所示的第三金屬層3在第二基板20上的排布示意圖。三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32在第一基板10外表面的位置與三分叉槽結(jié)構(gòu)31在第一基板10和第二基板20之間的位置相對(duì)應(yīng)。也就是說(shuō)，俯視圖4所示的低損耗透波材料，三層金屬層上的三分叉槽結(jié)構(gòu)31、三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32、三分叉金屬微結(jié)構(gòu)33的中心相對(duì)應(yīng)。根據(jù)所需的透波材料或天線(xiàn)罩的工作頻段范圍，可以適應(yīng)地調(diào)整、三分叉槽結(jié)構(gòu)31、三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32、33的尺寸大小以及行、列間距，以滿(mǎn)足不同的需求。下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的低損耗透波材料的應(yīng)用效果。在一實(shí)施例中，圖3中的三分叉槽結(jié)構(gòu)31的各參數(shù)值為行間距和列間距」X=」y=5mm，槽寬Wl為O. 7mm，三分叉槽結(jié)構(gòu)31的三條分叉的端部為半圓弧狀。圖6中的三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的各參數(shù)值為行間距和列間距」X=」y=5mm，槽寬W2為I. 8mm，三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32的三條分叉的端部為半圓弧狀。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第一基板10和第二基板20由聚四氟乙烯(F4B)制得。第一金屬微結(jié)構(gòu)31和第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)32、33由銅制成。第一基板10、第二基板20的介電常數(shù)ε r=2. 65，損耗角正切值tan δ =0.001。第一基板10、第二基板20的厚度為1mm，金屬微結(jié)構(gòu)32、33的厚度為O. 018mm。上述參數(shù)僅為一實(shí)例，并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。第一基板10和第二基板20之間通過(guò)填充液態(tài)基板原料或者通過(guò)組裝相互連接在一起。三層金屬層1、2、3通過(guò)蝕刻的方式附著在基板上，當(dāng)然也可以采用電鍍、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、HIPS(耐沖擊性聚苯乙烯,High impact polystyrene)材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。對(duì)具有上述參數(shù)的低損耗透波材料進(jìn)行仿真，其S參數(shù)仿真圖如圖8所示。由圖 8可以看到，在X波段(8 12GHz)范圍內(nèi)透波效果很好。而在其它頻段S21參數(shù)小，反射系數(shù)大，具有濾波作用。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)三分叉槽結(jié)構(gòu)31、三分叉金屬微結(jié)構(gòu)32、三分叉金屬微結(jié)構(gòu)33的尺寸，可以改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而工作頻段可以向高頻或低頻移動(dòng)，或者改變工作頻段的帶寬。因此，本發(fā)明還提供一種天線(xiàn)罩，該天線(xiàn)罩由上文所述的低損耗透波材料制成，用于罩設(shè)于在天線(xiàn)上，對(duì)天線(xiàn)起到保護(hù)作用的同時(shí)，保證天線(xiàn)在工作頻段正常工作，屏蔽掉不相關(guān)頻段，排除干擾。需要說(shuō)明的是，天線(xiàn)罩的形狀可以為與附圖中的低損耗透波材料形狀相同的平板狀，也可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)設(shè)計(jì)天線(xiàn)罩的形狀，比如設(shè)計(jì)成圓球狀或者與天線(xiàn)形狀匹配的形狀(共形的天線(xiàn)罩)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)明還提供一種天線(xiàn)系統(tǒng)，包括天線(xiàn)，以及如上文所述的天線(xiàn)罩，天線(xiàn)罩罩設(shè)于天線(xiàn)上。天線(xiàn)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(xiàn)本體可以是例如但不限于平板天線(xiàn)、微波天線(xiàn)、雷達(dá)天線(xiàn)等。本發(fā)明的低損耗透波材料及其天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)可工作在X波段，在此波段內(nèi)的透波效率很高。天線(xiàn)加上天線(xiàn)罩后，天線(xiàn)的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增益。而且，通過(guò)調(diào)節(jié)三分叉槽結(jié)構(gòu)和三分叉金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸能夠改變透波材料、天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)的工作頻段的帶寬。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
1.一種低損耗透波材料，其特征在于，包括由非金屬材料制成的第一基板和第二基板，以及夾設(shè)在第一基板和第二基板之間的金屬層，所述金屬層上鏤刻有多個(gè)具有三條分叉的三分叉槽結(jié)構(gòu)，所述三分叉槽結(jié)構(gòu)的三條分叉共端點(diǎn)且彼此之間所成夾角為鈍角。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低損耗透波材料，其特征在于，所述低損耗透波材料還包括覆蓋于所述第一基板外表面的多個(gè)陣列排布的第二金屬微結(jié)構(gòu)和覆蓋于所述第二基板外表面的多個(gè)陣列排布的第三金屬微結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低損耗透波材料，其特征在于，所述第二金屬微結(jié)構(gòu)為三分叉金屬微結(jié)構(gòu)，所述三分叉金屬微結(jié)構(gòu)的三條分叉共端點(diǎn)且彼此之間所成夾角為鈍角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低損耗透波材料，其特征在于，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)與第二金屬微結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低損耗透波材料，其特征在于，所述三分叉金屬微結(jié)構(gòu)在第一基板外表面的位置與所述三分叉槽結(jié)構(gòu)在第一基板和第二基板之間的位置相對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低損耗透波材料，其特征在于，所述三分叉槽結(jié)構(gòu)以其任一分叉的對(duì)稱(chēng)軸所在的方向?yàn)樾?、以與所述對(duì)稱(chēng)軸成60度的方向?yàn)榱?、且行間距等于列間距的方式周期性排布。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低損耗透波材料，其特征在于，所述三分叉金屬微結(jié)構(gòu)以其任一分叉的對(duì)稱(chēng)軸所在的方向?yàn)樾?、以與所述對(duì)稱(chēng)軸成60度的方向?yàn)榱?、且行間距等于列間距的方式周期性排布。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低損耗透波材料，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板的介電常數(shù)為2. 65，損耗角正切值為O. 001。
9.一種天線(xiàn)罩，其特征在于，用于罩設(shè)在天線(xiàn)上，包括如權(quán)利要求廣8任一項(xiàng)所述的低損耗透波材料。
10.一種天線(xiàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括天線(xiàn)以及如權(quán)利要求9所述的天線(xiàn)罩，所述天線(xiàn)罩罩設(shè)于天線(xiàn)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及低損耗透波材料及其天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)。低損耗透波材料包括由非金屬材料制成的第一基板和第二基板，以及夾設(shè)在第一基板和第二基板之間的金屬層，所述金屬層上鏤刻有多個(gè)具有三條分叉的三分叉槽結(jié)構(gòu)，所述三分叉槽結(jié)構(gòu)的三條分叉共端點(diǎn)且彼此之間所成夾角為120度。本發(fā)明還提供一種天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)。本發(fā)明的低損耗透波材料及其天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)可工作在可工作在X波段，在此波段內(nèi)的透波效率很高。天線(xiàn)加上天線(xiàn)罩后，天線(xiàn)的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增益。而且，通過(guò)調(diào)節(jié)三分叉槽結(jié)構(gòu)和三分叉金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸能夠改變透波材料、天線(xiàn)罩和天線(xiàn)系統(tǒng)的工作頻段的帶寬。
文檔編號(hào)H01Q1/42GK102832453SQ20121022053
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 方小偉, 付少麗 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司