[发明专利]超材料板材及由其制成的超材料天线罩和天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及超材料及由其制成的天线罩和天线系统，更具体地说，涉及一种由全新设计的超材料结构单元构成的超材料板材及由其制成的超材料天线罩和天线系统。

背景技术

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。当前，人们通过在基板上排列由金属线段构成的具有一定几何形状的超材料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。而在用新型超材料来制作天线罩方面，由于其可显著提高天线罩的透波性能而日益为研究人员所关注。

传统上，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。尽管这种天线罩不仅可使天线免受外界恶劣环境的影响，而且对天线的发送和/或接收的电磁波的损耗较小，但是随着技术的发展，对天线罩的透波效率提出了更高的要求，且要求反射更少，以尽可能地减少对天线电性能的影响。

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板材及由其制成的超材料天线罩和天线系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超材料板材，包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括基板和两分别附着于所述基板的两相对表面的结构层，每一结构层包括多个金属微结构，每一金属微结构包括一圆环、两连接于所述圆环且位于所述圆环的同一直径方向上的第一金属直线段和两分别垂直地连接于所述两第一金属直线段且相互平行的第二金属直线段；位于所述基板的任一表面的每一金属微结构均正对另一表面的一个金属微结构，而让所述基板的两相对表面对应位置的每两正对的金属微结构重叠而组成一对，每对金属微结构的几何形状和尺寸均相同。

优选地，所述基板的任一表面的金属微结构呈阵列排布，且各金属微结构的两第一金属直线段的延伸方向相同。

优选地，所述基板的任一表面相邻最近的两圆环的圆心的距离均相等，均为2.8～3.4mm。

优选地，每一金属微结构的圆环的外圆的直径均相等，均为2.3～2.6mm。

优选地，每一金属微结构的两第二金属直线段的长度均相等，均为0.2～0.5mm、两第二金属直线段的距离均相等，均为0.8～1.1mm。

优选地，每一金属微结构的圆环和两第一金属直线段、第二金属直线段的宽度均相等，均为0.08～0.13mm。

优选地，所述基板的任一表面相邻最近的两圆环的圆心的距离等于3mm；每一金属微结构的圆环的外圆的直径为2.4mm、两第二金属直线段的长度均为0.4mm、两第二金属直线段的距离为1mm、圆环和两第一、第二金属直线段的宽度均为0.1mm、厚度均为0.018mm；所述基板的厚度为4mm。

优选地，所述基板由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制成；所述金属微结构由铜制成。

一种超材料天线罩，包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括基板和两分别附着于所述基板的两相对表面的结构层，每一结构层包括多个金属微结构，每一金属微结构包括一圆环、两连接于所述圆环且位于所述圆环的同一直径方向上的第一金属直线段和两分别垂直地连接于所述两第一金属直线段且相互平行的第二金属直线段；位于所述基板的任一表面的每一金属微结构均正对另一表面的一个金属微结构，而让所述基板的两相对表面对应位置的每两正对的金属微结构重叠而组成一对，每对金属微结构的几何形状和尺寸均相同。

一种天线系统，包括天线和设置于所述天线接收和/或发射的电磁波的传播方向上的超材料天线罩，所述超材料天线罩包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括基板和两分别附着于所述基板的两相对表面的结构层，每一结构层包括多个金属微结构，每一金属微结构包括一圆环、两连接于所述圆环且位于所述圆环的同一直径方向上的第一金属直线段和两分别垂直地连接于所述两第一金属直线段且相互平行的第二金属直线段；位于所述基板的任一表面的每一金属微结构均正对另一表面的一个金属微结构，而让所述基板的两相对表面对应位置的每两正对的金属微结构重叠而组成一对，每对金属微结构的几何形状和尺寸均相同。