X波段智能超材料大角度透波天線罩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天線罩，更具體地說，涉及一種X波段智能超材料大角度透波天線罩。
【背景技術(shù)】
[0002]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)部的多個人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的?；蹇梢蕴摂M地劃分為矩形陣列排布的多個基板單元，每個基板單元上附著有人造微結(jié)構(gòu)，從而形成一個超材料單元，整個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。
[0003]由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，每個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)計不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可以改變整個超材料的響應(yīng)特性。
[0004]—般來說，如:波導(dǎo)填充傳統(tǒng)介質(zhì)材料后，由于傳輸波數(shù)的改變，可截至波數(shù)又由波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)尺寸所確定，所以，波導(dǎo)填充介質(zhì)后會產(chǎn)生次高模甚至高次模的干擾。再之，填充介質(zhì)后，由于阻抗的不匹配，將會產(chǎn)生反射波，這在大功率微波系統(tǒng)中尤為明顯。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種X波段智能超材料大角度透波天線罩，以解決上述問題至少一個方面。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種X波段智能超材料大角度透波天線罩，包括少一個超材料片層，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人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)為鏤空的三個同心田字形結(jié)構(gòu)。
[0007]所述每個田字形結(jié)構(gòu)的外框四角位置實體相接或不相接。
[0008]在本發(fā)明的一些實施方式中，所述超材料片層中的第一基板可劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個所述人造微結(jié)構(gòu)。
[0009]在本發(fā)明的一些實施方式中，每一超材料單元的長和寬為6_。
[0010]在本發(fā)明的一些實施方式中，三個同心田字形結(jié)構(gòu)包括兩條垂直交叉的空心槽、第一田字邊框槽、第二田字邊框槽、第三田邊框槽，所述空心槽的長度為5.4mm，第一田字邊框槽的邊長為5.2mm，第二田字邊框槽的邊長為5mm，第三田字邊框槽的邊長為4.8mm。
[0011]在本發(fā)明的一些實施方式中，三個同心田字形結(jié)構(gòu)中間的槽間隔均為0.2mm。
[0012]在本發(fā)明的一些實施方式中，單層基板厚度為2mm單層金屬微結(jié)構(gòu)厚度為
0.018mm。
[0013]在本發(fā)明的一些實施方式中，基板材料為Ar 1n AD250，其相對介電常數(shù)2.5，磁導(dǎo)率為1.0，損耗角正切為0.0018。
[0014]在本發(fā)明的一些實施方式中，每個單元設(shè)有5層基板，5層基板中間夾金屬微結(jié)構(gòu)，多層基板結(jié)構(gòu)能更好的保護微結(jié)構(gòu)，避免其在外界惡劣條件下腐蝕，確保天線罩的介電性能。其中，5層基板總厚度為2*5+0.018*4 = 10.072mm。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明具有不同的超材料微結(jié)構(gòu)，通過相關(guān)金屬線涂層的電磁響應(yīng)特征來改變各個空間點的介電常數(shù)，使超材料介質(zhì)填充處的電磁響應(yīng)特征與空氣相近。所以，這種超材料也稱之為“固態(tài)空氣”。超材料的引入，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。有效遏制了高次模的干擾，簡化對其進行場分析的計算量，以便人們更加順利地、精確地計算出場分布并順利加以利用。
【附圖說明】
[0016]圖1是人造微結(jié)構(gòu)單元的示意圖；
[0017]圖2是由多個基板及人造微結(jié)構(gòu)堆疊形成的超材料天線罩的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是超材料天線罩垂直入射下的S參數(shù)示意圖；
[0019]圖4是超材料天線罩0-60°入射角下垂直和水平極化的S參數(shù)示意圖；
[0020]圖5是與超材料天線罩等厚度0-60°入射角下垂直和水平極化的純材料S參數(shù)示意圖；
[0021]圖6是超材料片層的拆分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7是5*5微結(jié)構(gòu)陣列形式的示意圖；
[0023]圖8是人造微結(jié)構(gòu)單元的尺寸示意圖；
[0024]圖9是人造微結(jié)構(gòu)單元外框四角位置實體相接的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0026]圖1-9中，一種X波段智能超材料大角度透波天線罩，包括至少一個超材料片層，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人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)為鏤空的三個同心田字形結(jié)構(gòu)，且且所述每個田字形結(jié)構(gòu)的外框四角位置實體相接或不相接。所述超材料片層中的第一基板可劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個所述人造微結(jié)構(gòu)。
[0027]在本發(fā)明的一些實施方式中，每一超材料單元的長和寬為6mm。
[0028]在本發(fā)明的一些實施方式中，三個同心田字形結(jié)構(gòu)包括兩條垂直交叉的空心槽、第一田字邊框槽、第二田字邊框槽、第三田邊框槽，所述空心槽的長度為5.4mm，第一田字邊框槽的邊長為5.2mm，第二田字邊框槽的邊長為5mm，第三田字邊框槽的邊長為4.8mm。
[0029]在本發(fā)明的一些實施方式中，三個同心田字形結(jié)構(gòu)中間的槽間隔均為0.2mm。
[0030]在本發(fā)明的一些實施方式中，單層基板厚度為2mm單層金屬微結(jié)構(gòu)厚度為
0.018mm。
[0031]在本發(fā)明的一些實施方式中，基板材料為Arlon AD250 (聚四氟乙烯)，其相對介電常數(shù)2.5，磁導(dǎo)率為1.0，損耗角正切為0.0018。
[0032]在本發(fā)明的一些實施方式中，每個單元設(shè)有5層基板，5層基板中間夾金屬微結(jié)構(gòu)，多層基板結(jié)構(gòu)能更好的保護微結(jié)構(gòu)，避免其在外界惡劣條件下腐蝕，確保天線罩的介電性能。其中，5層基板總厚度為2*5+0.018*4 = 10.072mm。
[0033]圖3中，SI，1S2，I傳輸線電路仿真的S參數(shù)結(jié)果，SI, I是回波損耗，
[0034]S2，I是插入損耗，超寬頻透波需要在所需頻段內(nèi)的低插入損耗介質(zhì)。
[0035]圖4、圖5中，從以上仿真和數(shù)據(jù)圖中可以明顯看出，加入金屬微結(jié)構(gòu)后0-60度角入射的S21比純板材的S21小很多，說明在X波段8-12GHZ加入智能超材料微結(jié)構(gòu)的板材透波性能提高很多，特別是在大角入射情況下，損耗相對穩(wěn)定，能保持較高的透波率，在制作透波天線罩方面有很大的優(yōu)勢。
[0036]并且由于采用了多層匹配結(jié)構(gòu)，使空氣與智能超材料天線罩匹配更好，能夠在
8-12GHZ波段有良好的透波率，垂直入射均在90%以上，大角度入射也有70%-80%。比單純的板材好許多。
[0037]本發(fā)明通過設(shè)計不同的超材料微結(jié)構(gòu)，通過相關(guān)金屬線涂層的電磁響應(yīng)特征來改變各個空間點的介電常數(shù)，使超材料介質(zhì)填充處的電磁響應(yīng)特征與空氣相近。所以，我們把這種超材料也叫做“固態(tài)空氣”。超材料的引入，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。有效遏制了高次模的干擾，簡化對其進行場分析的計算量，以便人們更加順利地、精確地計算出場分布并順利加以利用。
[0038]在一些應(yīng)用場合，常常會需要微波損耗極小的介質(zhì)材料。例如雷達罩、天線罩；利用介質(zhì)窗片來分隔大氣與微波管的真空系統(tǒng)；分隔大氣與填充等離子體微波管的充氣系統(tǒng)；分隔大氣與高壓充氣波導(dǎo)系統(tǒng)；在一些水負載中利用密封介質(zhì)片來分隔大氣與水等。采用本發(fā)明的技術(shù)方案能夠滿足上述場合下的需求。
[0039]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】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)明的保護之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種X波段智能超材料大角度透波天線罩，奇特在于:包括至少一個超材料片層，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人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)為鏤空的三個同心田字形結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，所述每個田字形結(jié)構(gòu)的外框四角位置實體相接或不想接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，所述超材料片層中的第一基板可劃分為多個超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個所述人造微結(jié)構(gòu)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，每一超材料單元的長和寬為6mm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，三個同心田字形結(jié)構(gòu)包括兩條垂直交叉的空心槽、第一田字邊框槽、第二田字邊框槽、第三田邊框槽，所述空心槽的長度為5.4mm，第一田字邊框槽的邊長為5.2mm，第二田字邊框槽的邊長為5mm，第三田字邊框槽的邊長為4.8mm。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，三個同心田字形結(jié)構(gòu)中間的槽間隔均為0.2mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，單層基板厚度為2mm單層金屬微結(jié)構(gòu)厚度為0.018mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，基板材料為聚四氟乙烯，其相對介電常數(shù)2.5，磁導(dǎo)率為1.0，損耗角正切為0.0018。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于，每個單元設(shè)有5層基板，5層基板中間夾金屬微結(jié)構(gòu)，5層基板結(jié)構(gòu)可保護微結(jié)構(gòu)，防止被腐蝕，確保天線罩的介電性能。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的X波段智能超材料大角度透波天線罩，其特征在于:5層基板總厚度為10.072mm。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種X波段智能超材料大角度透波天線罩，包括至少一個超材料片層，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人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)為鏤空的三個同心田字形結(jié)構(gòu)，且所述每個田字形結(jié)構(gòu)的外框四角位置實體相接。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，抗干擾能力增加。
【IPC分類】H01Q1/42, H01Q15/00
【公開號】CN105071036
【申請?zhí)枴緾N201510418348
【發(fā)明人】張嶺
【申請人】武漢市靈動時代智能技術(shù)有限公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月16日