一種寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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)人造微結(jié)構(gòu)；所述人造微結(jié)構(gòu)為正六邊形結(jié)構(gòu)，且所述每個(gè)正六邊形結(jié)構(gòu)由線網(wǎng)電感、電感層、電容貼片依次由下而上面面連接，所述線網(wǎng)電感由三條線槽均等交叉。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。
【專利說明】
一種寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種天線罩，更具體地說，涉及一種寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)。
【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(gè)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(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。
[0003]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(duì)電場和磁場呈現(xiàn)出特殊的響應(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。
[0004]—般來說，舉例如: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(huì)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(huì)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寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，以解決上述問題至少一個(gè)方面。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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)人造微結(jié)構(gòu);所述人造微結(jié)構(gòu)為正六邊形結(jié)構(gòu)，且所述每個(gè)正六邊形結(jié)構(gòu)由線網(wǎng)電感、電感層、電容貼片依次由下而上面面連接，所述線網(wǎng)電感由三條線槽均等交叉。
[0007]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，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)。
[0008]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，金屬微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間。
[0009]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，每一超材料單元的長和寬為6mm。
[0010]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，三條線槽中間的槽間隔均為0.12mm。
[0011]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，單層介質(zhì)基材厚度為1.0mm，表面單層介質(zhì)基材厚度為0.3mm，單層金屬微結(jié)構(gòu)厚度為0.018mm。
[0012]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，介質(zhì)基材為環(huán)氧樹脂基板，其相對(duì)介電常數(shù)3.2，磁導(dǎo)率為1.0損耗角正切為0.008。
[0013]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，金屬微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間，總厚度為1.0*4+0.018*5+0.3*2 = 4.69mm。多層結(jié)構(gòu)能更好的保護(hù)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。
[0014]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，金屬微結(jié)構(gòu)為厚度為0.018mm的銅片。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本專利通過設(shè)計(jì)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(gè)空間點(diǎn)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(duì)其進(jìn)行場分析的計(jì)算量，以便人們更加順利地、精確地計(jì)算出場分布并順利加以利用。
【附圖說明】
[0016]圖1、圖2是人造微結(jié)構(gòu)單元的示意圖；
[0017]圖3是天線罩多層結(jié)構(gòu)透視圖；
[0018]圖4是超材料大角度頻選天線罩垂直極化S21參數(shù)O?70度仿真示意圖；
[0019]圖5是等厚度純介質(zhì)材料垂直極化S21參數(shù)O?70度仿真示意圖；
[0020]圖6是純介質(zhì)和超材料天線線罩帶內(nèi)插損統(tǒng)計(jì)值表；
[0021]圖7天線罩多層結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]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。
[0023]圖1-7中，一種寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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)人造微結(jié)構(gòu);所述人造微結(jié)構(gòu)為正六邊形結(jié)構(gòu)，且所述每個(gè)正六邊形結(jié)構(gòu)由線網(wǎng)電感、電感層、電容貼片依次由下而上面面連接，所述線網(wǎng)電感由三條線槽均等交叉。
[0024]在本實(shí)施例中，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)。
[0025]在本實(shí)施例中，每一超材料單元的長和寬為6mm。
[0026]在本實(shí)施例中，線網(wǎng)電感的最大對(duì)角線長度為8mm，其上的三條線槽中間的槽間隔均為0.12mm。線網(wǎng)電感與電感層的邊距為0.9mm，線網(wǎng)電感與電容貼片的邊距為0.4mm。
[0027]在本實(shí)施例中，單層介質(zhì)基材厚度為1.0mm，表面單層介質(zhì)基材厚度為0.3mm，單層金屬微結(jié)構(gòu)厚度為0.018mm。
[0028]在本實(shí)施例中，介質(zhì)基材為環(huán)氧樹脂基板，其相對(duì)介電常數(shù)3.2，磁導(dǎo)率為1.0損耗角正切為0.008。
[0029]在本實(shí)施例中，金屬微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間，總厚度為1.0*4+0.018*5+
0.3*2 = 4.69mm。多層結(jié)構(gòu)能更好的保護(hù)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。
[0030]圖4、圖5、圖6中，從以上仿真曲線和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)圖中可以明顯看出，加入金屬微結(jié)構(gòu)后0-70度角入射的S21比純板材的S21小很多，并且在該頻段內(nèi)7-13GHZ加入智能超材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的透波性能提高很多，特別是在大角入射情況下，損耗相對(duì)穩(wěn)定，能保持較高的透波率，在工作頻段外(I?6Hz)天線罩表現(xiàn)為良好的截止性能(S卩S21損耗很大)，使該頻段的天線罩等效為金屬材料，配合天線罩的外形設(shè)計(jì)，可以有效降低其雷達(dá)散射面積，從而達(dá)到隱身的效果。
[0031]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7-13GHz波段有良好的透波率，O?70度入射均在90%以上，比單純的介質(zhì)材料有巨大提升;相比一般的頻選天線罩，透波率在50?70度等大角度入射情況下也有顯著的提升。通過retrieval程序算得在7-13GHZ內(nèi)的阻抗與空氣匹配極佳，匹配系數(shù)Tl平均等于I，損耗也很小，所以透波率才能達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。
[0032]本專利通過設(shè)置不同的超材料微結(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(gè)空間點(diǎn)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(duì)其進(jìn)行場分析的計(jì)算量，以便人們更加順利地、精確地計(jì)算出場分布并順利加以利用。
[0033]在一些應(yīng)用場合，常常會(huì)需要微波損耗極小的介質(zhì)材料。例如雷達(dá)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(fù)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。
[0034]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，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)人造微結(jié)構(gòu)；其特征在于:所述人造微結(jié)構(gòu)為正六邊形結(jié)構(gòu)，且所述每個(gè)正六邊形結(jié)構(gòu)由線網(wǎng)電感、電感層、電容貼片依次由下而上面面連接，所述線網(wǎng)電感由三條線槽均等交叉。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，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)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，人造微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，每一超材料單元的長和寬為6_。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，三條線槽中間的槽間隔均為0.12mm。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，單層介質(zhì)基材厚度為1.0mm，表面單層介質(zhì)基材厚度為0.3mm。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，單層人造微結(jié)構(gòu)厚度為0.018_。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，介質(zhì)基材為環(huán)氧樹脂基板，其相對(duì)介電常數(shù)3.2，磁導(dǎo)率為1.0損耗角正切為0.008。9.根據(jù)權(quán)利要求1、3、6或7所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，人造微結(jié)構(gòu)夾在兩層介質(zhì)基材中間，總厚度為1.0*4+0.018*5+0.3*2 =4.69mm;多層結(jié)構(gòu)能更好的保護(hù)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。10.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的寬頻帶智能超材料大角度透波天線罩及其天線系統(tǒng)，其特征在于，人造微結(jié)構(gòu)為厚度為0.018mm的銅片。
【文檔編號(hào)】H01Q15/00GK106058458SQ201610316674
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月13日
【發(fā)明人】張嶺
【申請(qǐng)人】武漢市迅捷時(shí)代信息技術(shù)有限公司