專利名稱：透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線罩，更具體地說(shuō)，涉及透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
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(yáng)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(zhǎng)使用壽命。但是天線罩是天線前面的障礙物，對(duì)天線輻射波會(huì)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(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)天線免受外部環(huán)境影響的條件下不具備增強(qiáng)天線方向性和提高天線增益的功能，透波性能較差。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(wú)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)備成本的提聞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在干，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述透波性能較差、工作頻段較窄的缺陷，提供透波材料及其天線罩和天線系統(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)造ー種透波材料，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且排布成網(wǎng)格狀的多個(gè)第一金屬微結(jié)構(gòu)；所述透波材料還包括附著于所述第一基板外表面的多個(gè)第二金屬微結(jié)構(gòu)和附著于所述第二基板外表面的多個(gè)第三金屬微結(jié)構(gòu)，其中所述第二金屬微結(jié)構(gòu)、第三金屬微結(jié)構(gòu)與所述第一金屬微結(jié)構(gòu)不相同。在本發(fā)明所述的透波材料中，相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)之間無(wú)間隙，且所述第一金屬微結(jié)構(gòu)為十字形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的透波材料中，所述第二金屬微結(jié)構(gòu)為排布成兩行兩列且彼此間隔一定距離的四個(gè)方形貼片。在本發(fā)明所述的透波材料中，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)與所述第二金屬微結(jié)構(gòu)相同。在本發(fā)明所述的透波材料中，所述十字形結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的金屬線構(gòu)成。在本發(fā)明所述的透波材料中，所述方形貼片為正方形貼片，正方形貼片的邊長(zhǎng)小于所述金屬線的線長(zhǎng)的四分之一。在本發(fā)明所述的透波材料中，所述金屬線的線長(zhǎng)為8 10mm，線寬為O. I
O.2mmο
在本發(fā)明所述的透波材料中，正方形貼片的邊長(zhǎng)為I. 5 2. 5mm。本發(fā)明還提供ー種天線罩，用于罩設(shè)在天線上，包括如上所述的透波材料。本發(fā)明還提供ー種天線系統(tǒng)，包括天線以及如上所述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線上。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)，使得天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力増加?？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，以最大限度的増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(duì)材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在Ku波段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了増益。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的透波材料的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；圖2是圖I所示的透波材料的第一金屬層示意圖；圖3是圖2所示的第一金屬微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；圖4是圖3所示的單個(gè)第一金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的第二金屬微結(jié)構(gòu)在第一基板外表面的排布不意圖；圖6是圖5所示的單個(gè)第二金屬微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的第三金屬微結(jié)構(gòu)在第二基板外表面的排布示意圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明ー實(shí)施例的透波材料的S參數(shù)仿真示意圖；圖9是圖8的S21參數(shù)在Ku波段的放大圖；圖10 12是介電常數(shù)e、磁導(dǎo)率U、阻抗n隨頻率變化的示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種雙頻帶通透波材料，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之間且排布成網(wǎng)格狀的多個(gè)第一金屬微結(jié)構(gòu)31,多個(gè)第一金屬微結(jié)構(gòu)31構(gòu)成第一金屬層I。透波材料還包括附著于第一基板10外表面的多個(gè)第二金屬微結(jié)構(gòu)32和附著于第二基板20外表面的多個(gè)第三金屬微結(jié)構(gòu)33,其中第二金屬微結(jié)構(gòu)32、第三金屬微結(jié)構(gòu)33與第一金屬微結(jié)構(gòu)31不相同。多個(gè)第二金屬微結(jié)構(gòu)32構(gòu)成第二金屬層2,第三金屬微結(jié)構(gòu)33構(gòu)成第三金屬層3。第一、第ニ、第三金屬微結(jié)構(gòu)31、32、33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。制造基板的材料有多種選擇，例如陶瓷、FR4、F4B(聚四氟こ烯)、HDPE (高密度聚こ烯，High Density Polyethylene) > ABS (Acrylonitrile ButadieneStyrene)、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0. 001的材料。
第一金屬微結(jié)構(gòu)31在第一基板10和第二基板20之間的排布及具體形狀見(jiàn)圖2 4所不。相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)31之間無(wú)間隙,且第一金屬微結(jié)構(gòu)31為十字形結(jié)構(gòu)。十字形結(jié)構(gòu)是由兩條尺寸相同且相互垂直的金屬線構(gòu)成，所述金屬線的線長(zhǎng)a為8 10mm，線寬w 為 0. I 0. 2mm。第二金屬微結(jié)構(gòu)32在第一基板10外表面的排布及具體形狀見(jiàn)圖5 6所示。第ニ金屬微結(jié)構(gòu)32為排布成兩行兩列且彼此間隔一定距離的四個(gè)方形貼片。在本發(fā)明ー實(shí)施例中，四個(gè)方形貼片為正方形貼片，正方形貼片的邊長(zhǎng)b小于十字形結(jié)構(gòu)的金屬線的線長(zhǎng)a的四分之一。正方形貼片的邊長(zhǎng)b為I. 5 2. 5mm。相鄰方形貼片之間的距離c為3 ^mm0在本發(fā)明ー實(shí)施例中，附著于第二基板20外表面的第三金屬微結(jié)構(gòu)33與第二金屬微結(jié)構(gòu)32相同，為排布成兩行兩列且彼此間隔一定距離的四個(gè)方形貼片。四個(gè)方形貼片優(yōu)選正方形貼片，正方形貼片的邊長(zhǎng)b小于十字形結(jié)構(gòu)的金屬線的線長(zhǎng)a的四分之一。正方形貼片的邊長(zhǎng)b為I. 5 2. 5mm。相鄰方形貼片之間的距離c為3 7mm。第三金屬微結(jié)構(gòu)33在第二基板20外表面的排布見(jiàn)圖7所示。 第一金屬微結(jié)構(gòu)31、第二金屬微結(jié)構(gòu)32、第三金屬微結(jié)構(gòu)33的單個(gè)微結(jié)構(gòu)的位置相對(duì)應(yīng)，即第二金屬微結(jié)構(gòu)32的十字形結(jié)構(gòu)的位置與第一基板外表面上的四個(gè)方形貼片、第二基板外表面的四個(gè)方形貼片的位置相對(duì)應(yīng)，俯視透視材料，每一^h字形結(jié)構(gòu)的中心與四個(gè)方形貼片所構(gòu)成的對(duì)應(yīng)的每ー第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)32、33的中心重合。相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)31之間無(wú)間隙,相鄰的第二金屬微結(jié)構(gòu)32之間無(wú)間隙,相鄰的第三金屬微結(jié)構(gòu)33之間無(wú)間隙?？梢岳斫獾氖?，說(shuō)明書(shū)附圖中示出的第一、第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)31、32、33的數(shù)目?jī)H為示意，用于說(shuō)明第一、第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)31、32、33的排布情況，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的雙通帶透波材料的應(yīng)用效果。在一實(shí)施例中，第一金屬微結(jié)構(gòu)31為十字形結(jié)構(gòu)，由兩條尺寸相同且相互垂直的金屬線構(gòu)成，金屬線的長(zhǎng)度a = 8. 2mm,線寬w = 0. 1mm。第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)32、33均為正方形貼片，正方形貼片邊長(zhǎng)b = I. 8mm,相鄰方形貼片之間的間距c = 4. 6_。在本發(fā)明ー實(shí)施例中,第一基板10和第二基板20由聚四氟こ烯(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)為2. 65，損耗角正切為0.001。第一基板10、第二基板20的厚度為2. 4mm,金屬微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 018mm。上述參數(shù)僅為ー實(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。金屬微結(jié)構(gòu)31、32、33通過(guò)蝕刻的方式附著在基板上，當(dāng)然金屬微結(jié)構(gòu)31、32、33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 (耐沖擊性聚苯こ烯，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)的透波材料進(jìn)行仿真，其S參數(shù)仿真圖如圖8 9所示。由圖8 9可以看到，在Ku波段(12 18GHz)內(nèi)，S21接近于0，Sll很小，透波效果很好。圖9是圖8的S21參數(shù)在Ku波段的放大圖，由圖9可知，在Ku波段內(nèi)S21都大于-0. ldB。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一、第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，可以改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而通帶向高頻或低頻移動(dòng)，或者改變帶寬。通過(guò)CST retrieval程序算得在Ku波段(12-18GHz)內(nèi)的阻抗與空氣匹配極佳，介電常數(shù)e、磁導(dǎo)率μ、阻抗Π隨頻率變化的示意圖見(jiàn)圖10、11、12，由圖可知，在Ku波段阻抗H平均等于1，損耗也很小，所以透波率能夠達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明通過(guò)在基板上設(shè)計(jì)不同的金屬微結(jié)構(gòu)，通過(guò)相關(guān)金屬層的電磁響應(yīng)特征來(lái)改變各個(gè)空間點(diǎn)的介電常數(shù)，使基板對(duì)Ku波段的電磁響應(yīng)特征與空氣相近。從而減少了微波系統(tǒng)由于引入傳統(tǒng)介質(zhì)后特性阻抗不匹配所引起的衰減，從而減小反射、提高傳輸效率。透波材料也可以采用多層基板，比如包括3層基板，相鄰基板間均設(shè)有上述排布的金屬微結(jié)構(gòu)。同樣能夠達(dá)到高透波效果。這種性能可以用在對(duì)電磁波的通與阻有特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合。
因此，本發(fā)明還提供ー種天線罩，該天線罩由上文所述的透波材料制成，用于罩設(shè)于在天線上，對(duì)天線起到保護(hù)作用的同吋，還能夠保證天線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，天線罩的形狀可以為與附圖中的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)天線罩的形狀，比如設(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，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)明還提供ー種天線系統(tǒng)，包括天線，以及如上文所述的天線罩，天線罩罩設(shè)于天線上。天線包括輻射源、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、微波天線、雷達(dá)天線等。本發(fā)明的透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在Ku波段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了増益。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)第一、第二、第三金屬微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，可以改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而通帶向高頻或低頻移動(dòng)，或者改變帶寬。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g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且排布成網(wǎng)格狀的多個(gè)第一金屬微結(jié)構(gòu)； 所述透波材料還包括附著于所述第一基板外表面的多個(gè)第二金屬微結(jié)構(gòu)和附著于所述第二基板外表面的多個(gè)第三金屬微結(jié)構(gòu)，其中所述第二金屬微結(jié)構(gòu)、第三金屬微結(jié)構(gòu)與所述第一金屬微結(jié)構(gòu)不相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的透波材料，其特征在于，相鄰的第一金屬微結(jié)構(gòu)之間無(wú)間隙，且所述第一金屬微結(jié)構(gòu)為十字形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的透波材料，其特征在于，所述第二金屬微結(jié)構(gòu)為排布成兩行兩列且彼此間隔一定距離的四個(gè)方形貼片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透波材料，其特征在干，所述第三金屬微結(jié)構(gòu)與所述第二金屬微結(jié)構(gòu)相同?！?br> 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的透波材料，其特征在于，所述十字形結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的金屬線構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的透波材料，其特征在于，所述方形貼片為正方形貼片，正方形貼片的邊長(zhǎng)小于所述金屬線的線長(zhǎng)的四分之一。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的透波材料，其特征在于，所述金屬線的線長(zhǎng)為8 10mm，線寬為O. I O. 2臟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的透波材料，其特征在于，正方形貼片的邊長(zhǎng)為1.5 2.5mm。
9.ー種天線罩，其特征在于，用于罩設(shè)在天線上，包括如權(quán)利要求I 8任一項(xiàng)所述的透波材料。
10.一種天線系統(tǒng)，其特征在干，包括天線以及如權(quán)利要求9所述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線上。
全文摘要
本發(fā)明涉及透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。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且排布成網(wǎng)格狀的多個(gè)第一金屬微結(jié)構(gòu)；所述透波材料還包括附著于所述第一基板外表面的多個(gè)第二金屬微結(jié)構(gòu)和附著于所述第二基板外表面的多個(gè)第三金屬微結(jié)構(gòu)，其中所述第二金屬微結(jié)構(gòu)、第三金屬微結(jié)構(gòu)與所述第一金屬微結(jié)構(gòu)不相同。本發(fā)明的透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在Ku波段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增益。
文檔編號(hào)H01Q1/42GK102842758SQ20121026866
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31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