[发明专利]高透波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，更具体地说，涉及高透波超材料天线罩及天线系统。

背景技术

超材料，俗称超材料，是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个基板单元，每个基板单元上附着有人造微结构，从而形成一个超材料单元，整个超材料是由很多这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个超材料单元上的人造微结构可以相同或者不完全相同。人造微结构是由金属丝组成的具有一定几何图形的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属丝等。

由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基板本身的电磁特性，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；通过对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可以改变整个超材料的响应特性。

一般情况下，天线系统都会设置有天线罩。天线罩的目的是保护天线系统免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线系统工作性能比较稳定、可靠。同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命。但是天线罩是天线前面的障碍物，对天线辐射波会产生吸收和反射，改变天线的自由空间能量分布，并在一定程度上影响天线的电气性能。

目前制备天线罩的材料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、高分子聚合物等，材料的介电常数具有不可调节性。结构上多为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等，罩壁厚度的设计需兼顾工作波长、天线罩尺寸和形状、环境条件、所用材料在电气和结构上的性能等因素，较难达到高透波要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述透波性能较差的缺陷，提供一种高透波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：提供一种高透波超材料天线罩，所述高透波超材料天线罩罩设于天线上，所述超材料天线罩包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个尺寸相同的人造微结构；所述人造微结构包括雪花形结构，所述雪花形结构包括十字形结构以及分别设置在所述十字形结构的四个端点上的四个尺寸相同的一字形结构；

所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构；每一超材料单元的长和宽均为15mm，所述人造微结构与所述超材料单元的边界之间的距离为0.1mm；所述一字形结构的长度为9.5～10.2mm。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，每一超材料片层还包括覆盖于所述多个人造微结构上的第二基板。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，所述一字形结构由一条金属丝构成，所述十字形结构垂直平分所述四个一字形结构。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，所述十字形结构的金属线的线宽为0.1mm。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，所述一字形结构的金属线的线宽为0.1mm。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，所述一字形结构的长度为10mm。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，所述超材料天线罩工作频段为5～6GHz。

在本发明所述的高透波超材料天线罩中，所述金属丝通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻的方法附着在所述基材上。

本发明还提供一种天线系统，包括天线本体以及如上所述的高透波超材料天线罩，所述高透波超材料天线罩与天线本体间隔预设距离。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过在基板上附着特定形状的人造微结构，得到需要的电磁响应，使得基于超材料的天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现与空气的阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射，减少了传统天线罩设计时对材料厚度和介电常数的限制。而且本发明的天线罩在5-6GHz频带内的透波效率很高，反射损耗很小；天线罩的等效阻抗接近于1，很好地实现与空气的阻抗匹配。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是依据本发明一实施例的高透波超材料天线罩的一个超材料片层的结构示意图；

图2是由多个图1所示的超材料片层堆叠形成的高透波超材料天线罩的结构示意图；