[发明专利]超材料天线罩及天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及天线罩及天线系统，更具体地说，涉及一种由全新设计的超材料制成的天线罩及天线系统。

背景技术

在天线系统中，常常需要用天线罩来罩盖天线，以使天线免受外界恶劣环境的影响，这样，天线收发电磁波时电磁波均需穿过天线罩。尽管目前制造天线罩时多采用介电常数和损耗角正切低、机械强度高的材料，如玻璃钢、环氧树脂和ABS以及UPVC等高分子聚合物，但还是无法与空气的波阻抗匹配一致，电磁波在空气与天线罩之间传播时不仅会发生反射，而且天线罩对电磁波的损耗亦较大，从而降低了天线的辐射效率和增益，严重影响天线的电磁性能。此外，目前现有的天线罩在结构上多为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等，在满足机械性能要求的情况下，天线罩的罩壁比较厚，而罩壁厚度与天线罩的工作频段有关，这样，便无法兼顾天线罩的机械性能和高透波率的要求。

超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料。当前，人们在介质基板上周期性地排列具有一定几何形状的金属微结构来形成超材料。由于可以利用金属微结构的几何形状和尺寸以及排布来改变超材料空间各点的介电常数和/或磁导率，使其产生预期的电磁响应，以控制电磁波的传播，故而，在多个领域具有广泛的应用前景，成为各国科研人员争相研究的热点领域之一。在用超材料作为透波材料来制作天线罩方面，人们已经发现，用其制作的天线罩具有良好的透波性能，对电磁波的损耗也较小。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种具有良好透波性能的超材料天线罩及天线系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超材料天线罩，包括一超材料层和两分别覆盖于所述超材料层的两相对表面的保护层，所述超材料层包括一介质基板和附着于所述介质基板的两相对表面而由相应的保护层覆盖的多个金属微结构，所述介质基板两相对表面对应位置的每两金属微结构组成一对，每对金属微结构中，任一金属微结构包括相互正交的两分支，每一分支包括相互平行且正对的第一金属线段和第二金属线段以及位于所述第一金属线段和第二金属线段之间并与所述第一金属线段和第二金属线段垂直相连的第三金属线段，所述第三金属线段的两端分别连接于所述第一金属线段和第二金属线段的中点，所述两分支的第三金属线段垂直相交于彼此的中点；每对金属微结构的几何形状和尺寸均相同，且所述介质基板任一表面上的金属微结构与另一表面上的金属微结构重叠。

优选地，任一金属微结构以垂直于所述介质基板并通过所述中心的直线为轴顺时针或逆时针旋转90度、180度、270度或360度后均与初始位置的金属微结构重合。

优选地，所述两分支的长度相等，均等于8.3～8.5mm。

优选地，每一分支的第一金属线段与第二金属线段的长度相等，均等于0.9～1.1mm。

优选地，所述第一金属线段、第二金属线段和第三金属线段的宽度相等，均等于0.2～0.4mm。

优选地，所述第一金属线段、第二金属线段和第三金属线段的厚度相等。

优选地，所述两保护层的厚度相等，均等于0.1～0.3mm。

优选地，所述介质基板的同一表面上的任两最靠近的金属微结构的中心的间距等于8.9～9.1mm。

优选地，所述介质基板的同一表面上的任两最靠近的金属微结构的中心的间距等于9mm；任一金属微结构的两分支的长度均等于8.4mm，所述第一金属线段和第二金属线段的长度均等于1mm，所述第一金属线段、第二金属线段和第三金属线段的宽度均等于0.3mm、厚度均等于0.018mm；所述两保护层的厚度均等于0.2mm。

优选地，所述介质基板由丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物制成。

优选地，所述介质基板的厚度为2mm。