專利名稱：超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料及由其制成的超材料天線罩和天線系統(tǒng)，更具體地說，涉及一種設(shè)計(jì)新穎的超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超材料是ー種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)前，人們?cè)诨迳现芷谛缘嘏帕芯哂幸欢◣缀涡螤畹娜斯の⒔Y(jié)構(gòu)來形成超材料。由于可以利用人工微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸以及排布來改變超材料空間各點(diǎn)的介電常數(shù)和/或磁導(dǎo)率，使其產(chǎn)生預(yù)期的電磁響應(yīng)，以控制電磁波的傳播，故而，在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用 前景，成為各國科研人員爭相研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。特別是可將超材料制作成具有良好透波性能的透波材料，并用來制作天線罩方面已有相當(dāng)研究。傳統(tǒng)上，制造天線罩時(shí)多采用介電常數(shù)和損耗角正切低、機(jī)械強(qiáng)度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹脂和ABS以及UPVC等高分子聚合物。盡管這種天線罩不僅可使天線免受外界惡劣環(huán)境的影響，而且對(duì)天線的發(fā)送和/或接收的電磁波的損耗較小，但由于其波阻抗與空氣的波阻抗不同，電磁波在空氣與天線罩之間傳播時(shí)會(huì)發(fā)生反射，從而降低了天線的輻射效率和増益，嚴(yán)重影響天線的電磁性能。此外，有時(shí)需要天線罩具有頻率選擇(簡稱為“頻選”)特性，而傳統(tǒng)材料在制作上較復(fù)雜，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供ー種既具有良好的電磁性能又具有頻選特性的超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是ー種超材料頻選表面，其包括至少一超材料片層，所述超材料片層包括兩結(jié)合在一起的基板和置于所述兩基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)呈陣列排布的金屬微結(jié)構(gòu)，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)包括相互正交的第一直線簇和第二直線簇，所述第一直線簇包括第一金屬線段和與所述第一金屬線段平行的兩第二金屬線段、兩第三金屬線段，所述兩第二金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，所述兩第三金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，且所述兩第二金屬線段分別位于所述兩第三金屬線段與所述第一金屬線段之間，所述第二直線簇包括一垂直平分所述第一金屬線段、兩第二金屬線段、兩第三金屬線段的第四金屬線段和兩分別位于所述第四金屬線段的兩側(cè)并與所述第四金屬線段平行的第五金屬線段，所述兩第五金屬線段分別與所述第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的兩端相連接，所述第一金屬線段垂直平分所述第四金屬線段和第五金屬線段，所述兩第三金屬線段分別與所述第四金屬線段和第五金屬線段的兩端相連接，且每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段分別與位于其周圍兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段相連接、第四金屬線段和第五金屬線段分別與位于其周圍另外兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第四金屬線段和第五金屬線段相連接。優(yōu)選地，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的兩第二金屬線段與第一金屬線段的間距相等，均為3. 7 4. 2mm。優(yōu)選地，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的兩第三金屬線段與最靠近的相應(yīng)第二金屬線段的間距相等，均為I. 2 I. 7_。優(yōu)選地，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段、第三金屬線段、第四金屬線段和第五金屬線段的寬度相等，均為O. 08 O. 13mm。優(yōu)選地，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)及其所在的基板部分形成ー個(gè)超材料単元；每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段與第四金屬線段的交點(diǎn)為金屬微結(jié)構(gòu)的中心，且與相應(yīng)的超材料単元的中心重合；每個(gè)超材料單元的長度與寬度相等，均為10. 2 12. 45_。優(yōu)選地，所述兩基板的厚度為I. 6 2. 3mm?！?yōu)選地，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的兩第二金屬線段與第一金屬線段的間距均為3. 9_、與最靠近的相應(yīng)第三金屬線段的間距均為I. 45mm、兩第五金屬線段與第四金屬線段的間距均為5. 45mm ;每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的寬度均為O. 1mm、厚度均為O. 018mm ;所述兩基板的厚度均為2mm。優(yōu)選地，所述兩基板由丙烯臆-丁ニ烯-苯こ烯共聚物(ABS)制成；所述第一金屬線段、第二金屬線段、第三金屬線段、第四金屬線段和第五金屬線段均是銅線。ー種超材料頻選表面，其包括至少ー超材料片層，所述超材料片層包括兩結(jié)合在一起的基板和置于所述兩基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多組相互平行排布的直線組，每一直線組包括第一金屬線和兩分別位于所述第一金屬線的兩側(cè)且與所述第一金屬線平行的第二金屬線，每兩相鄰的直線組的兩相鄰第二金屬線之間設(shè)置第三金屬線，所述第三金屬線平行于相鄰的兩第二金屬線；所述結(jié)構(gòu)層還包括垂直于所述第一金屬線、第二金屬線和第三金屬線的多條第四金屬線和多條第五金屬線，所述多條第四金屬線和多條第五金屬線相互平行且交替排布；所述第一金屬線、第二金屬線和第四金屬線的寬度相等，所述第三金屬線和第五金屬線的寬度相等。ー種超材料頻選天線罩，其包括至少ー超材料片層，所述超材料片層包括兩結(jié)合在一起的基板和置于所述兩基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)呈陣列排布的金屬微結(jié)構(gòu)，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)包括相互正交的第一直線簇和第二直線簇，所述第一直線簇包括第一金屬線段和與所述第一金屬線段平行的兩第二金屬線段、兩第三金屬線段，所述兩第二金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，所述兩第三金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，且所述兩第二金屬線段分別位于所述兩第三金屬線段與所述第一金屬線段之間，所述第二直線簇包括一垂直平分所述第一金屬線段、兩第二金屬線段、兩第三金屬線段的第四金屬線段和兩分別位于所述第四金屬線段的兩側(cè)并與所述第四金屬線段平行的第五金屬線段，所述兩第五金屬線段分別與所述第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的兩端相連接，所述第一金屬線段垂直平分所述第四金屬線段和第五金屬線段，所述兩第三金屬線段分別與所述第四金屬線段和第五金屬線段的兩端相連接，且每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段分別與位于其周圍兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段相連接、第四金屬線段和第五金屬線段分別與位于其周圍另外兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第四金屬線段和第五金屬線段相連接。
ー種天線系統(tǒng)，包括天線和設(shè)置于所述天線接收和/或發(fā)射的電磁波的傳播方向上的超材料頻選天線罩，所述超材料頻選天線罩包括至少ー超材料片層，所述超材料片層包括兩結(jié)合在一起的基板和置于所述兩基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)呈陣列排布的金屬微結(jié)構(gòu)，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)包括相互正交的第一直線簇和第二直線簇，所述第一直線簇包括第一金屬線段和與所述第一金屬線段平行的兩第二金屬線段、兩第三金屬線段，所述兩第二金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，所述兩第三金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，且所述兩第二金屬線段分別位于所述兩第三金屬線段與所述第一金屬線段之間，所述第二直線簇包括一垂直平分所述第一金屬線段、兩第二金屬線段、兩第三金屬線段的第四金屬線段和兩分別位于所述第四金屬線段的兩側(cè)并與所述第四金屬線段平行的第五金屬線段，所述兩第五金屬線段分別與所述第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的兩端相連接，所述第一金屬線段垂直平分所述第四金屬線段和第五金屬線段，所述兩第三金屬線段分別與所述第四金屬線段和第五金屬線段的兩端相連接，且每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段分別與位于其周圍兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段相連接、第四金屬線段和第五金屬線段分別與位于其周圍另外兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第四金屬線段和第五金屬 線段相連接。本發(fā)明的超材料頻選表面及由其制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)具有以下有益效果由于其采用了兩基板之間陣列設(shè)置多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且在一定的超寬頻段內(nèi)對(duì)電磁波的反射減小、透射效率高，從而具有良好的透波性能，且同時(shí)可抑制此頻段外的電磁波，過濾掉雜波，減小了雜波干擾，亦具有頻選特性。


下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說明。圖I是本發(fā)明超材料頻選表面的ー個(gè)超材料片層的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I中的超材料片層的結(jié)構(gòu)層的平面示意圖；圖3是用于構(gòu)成圖2中的結(jié)構(gòu)層的ー個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的放大示意圖；圖4和圖5是分別圖I中所示的ー個(gè)超材料單元樣品的反射系數(shù)Sll和透射系數(shù)S21隨電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線圖；圖6是本發(fā)明超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)的示意圖；圖7和圖8是本發(fā)明的ー個(gè)超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)的透射系數(shù)S21隨電磁波的頻率變化的響應(yīng)實(shí)測圖。圖中各標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱為10超材料片層、12基板、14結(jié)構(gòu)層、16金屬微結(jié)構(gòu)、162第一直線簇、163第一金屬線段、164第二金屬線段、165第三金屬線段、166第二直線簇、167第四金屬線段、168第五金屬線段、18超材料単元、20天線系統(tǒng)、22天線、24超材料頻選天線罩
具體實(shí)施例方式本發(fā)明中的“表面”、“片層”、“板”、“層”等術(shù)語既指平面、曲面、錐面、球面、異形面等任意形狀的薄層材料，亦可包括柔軟的薄膜，因應(yīng)用需求而不同。為簡明起見，本實(shí)施方式中的“表面”、“片層”、“板”、“層”均以平面示意。如圖I所示，本發(fā)明超材料頻選表面包括至少ー超材料片層10，所述超材料片層10包括兩結(jié)合在一起的基板12和置于所述兩基板12之間的結(jié)構(gòu)層14。所述兩基板12由聚合物材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等制成，如環(huán)氧樹脂玻璃纖維布(即FR4)、聚四氟こ烯(英文名為Polytetrafluoroethene,簡稱F4B)、高密度聚こ烯(英文名為High Density Polyethylene,簡稱HDPE)或丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯共聚物(英文名為Acrylonitrile Butadiene Styrene,簡稱ABS)等。所述兩基板12的厚度既可相等，也可不等，本實(shí)施方式中，所述兩基板12的厚度相等，均為I. 6 2. 3mm。請(qǐng)參考圖2和圖3，所述結(jié)構(gòu)層14包括多個(gè)呈陣列排布的金屬微結(jié)構(gòu)16，如圖2中位于由虛線形成的網(wǎng)格內(nèi)的圖案。我們將每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16及其所在的基板12部分稱為ー個(gè)超材料単元18，這樣，所述超材料片層10可看作是由多個(gè)所述超材料単元18陣列而成，如圖I所示。一般，每個(gè)超材料単元18的幾何尺寸與根據(jù)需要而設(shè)定響應(yīng)的電磁波波長有關(guān)，本實(shí)施方式中，所述超材料單元18的長度與寬度均等于L，L = 10. 2 12. 45mm(如圖3)?！っ總€(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16是由一定尺寸的金屬線段構(gòu)成的具有一定幾何形狀的平面(ニ維)或立體(三維)結(jié)構(gòu)，其中，金屬線段由如銅、銀等金屬導(dǎo)電材料制成，其截面可以為扁平狀或其他任意形狀，如圓柱狀。所述多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16的幾何形狀和尺寸均相同，故以下以ー個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16為例進(jìn)行說明。如圖3所示，所述金屬微結(jié)構(gòu)16由具有扁平狀截面的多條金屬線段構(gòu)成，其包括相互正交的第一直線簇162和第二直線簇166，所述第一直線簇162包括第一金屬線段163和與所述第一金屬線段163平行且正對(duì)設(shè)置的兩第二金屬線段164、兩第三金屬線段165，所述兩第二金屬線段164分別位于所述第一金屬線段163的兩側(cè)，所述兩第三金屬線段165亦分別位于所述第一金屬線段163的兩側(cè)，且所述兩第二金屬線段164分別位于所述兩第三金屬線段165與所述第一金屬線段163之間。所述兩第ニ金屬線段164與所述第一金屬線段163的間距相等，均為Dl，Dl = 3. 7 4. 2mm。所述兩第三金屬線段165與最靠近的相應(yīng)第二金屬線段164的間距相等，均為D2，D2 = I. 2
I.7mm。所述第二直線簇166包括一垂直平分所述第一金屬線段163、第二金屬線段164和第三金屬線段165的第四金屬線段167和兩分別位于所述第四金屬線段167的兩側(cè)并與所述第四金屬線段167平行的第五金屬線段168，所述兩第五金屬線段168分別與所述第一金屬線段163、第二金屬線段164和第三金屬線段165的兩端相連接。所述第一金屬線段163垂直平分所述第四金屬線段167和第五金屬線段168，且所述兩第三金屬線段165分別與所述第四金屬線段167和第五金屬線段168的兩端相連接，故所述第一金屬線段163與所述第四金屬線段167的交點(diǎn)即為所述金屬微結(jié)構(gòu)16的中心，并與其所在的超材料単元18的中心重合。所述第一金屬線段163、第二金屬線段164、第三金屬線段165、第四金屬線段167、第五金屬線段168的寬度相等，均為Wl，Wl = O. 08 O. 13mm，其厚度亦相等，均為O. 016 O. 019mm，長度亦相等，即為所述超材料単元18的長度與寬度し由上可知，所述金屬微結(jié)構(gòu)16以垂直于其所在的平面(也即所述基板12)并通過所述金屬微結(jié)構(gòu)16的中心的直線為軸順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180度或360度后均可與初始位置的金屬微結(jié)構(gòu)16重合。所述多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16陣列排布在一起，讓每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16的第一金屬線段163、第二金屬線段164和第三金屬線段165分別與位于其周圍兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)16的第一金屬線段163、第二金屬線段164和第三金屬線段165相連接、第四金屬線段167和第五金屬線段168分別與位于其周圍另外兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)16的第四金屬線段167和第五金屬線段168相連接,且姆個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16的兩第三金屬線段165和兩第五金屬線段168分別與位于其周圍的金屬微結(jié)構(gòu)16的相應(yīng)第三金屬線段165和第五金屬線段168拼合在一起形成，從而形成更粗的金屬線段，其寬度W2等于2XW1，如圖2所示。從圖2可知，所述結(jié)構(gòu)層14包括多組相互平行排布的直線組，每一直線組包括第一金屬線和兩分別位于所述第一金屬線的兩側(cè)且與所述第一金屬線平行的第二金屬線，所述兩第二金屬線與所述第一金屬線的間距相等，均為D1。每兩相鄰的直線組的兩相鄰第二金屬線之間設(shè)置第三金屬線，所述第三金屬線平行于相鄰的兩第二金屬線，且其與該兩第二金屬線的間距相等，均為D2。所述結(jié)構(gòu)層14還包括垂直于所述第一金屬線、第二金屬線和第三金屬線的 多條第四金屬線和多條第五金屬線，所述多條第四金屬線和多條第五金屬線相互平行且交替排布，任兩最靠近的第四金屬線的間距為所述超材料単元18的長度與寬度減去O. Imm,即L-W1，任兩最靠近的第五金屬線之間的間距為所述超材料単元18的長度與寬度減去O. 2mm,即L-W2。所述第一金屬線、第二金屬線和第四金屬線的寬度為Wl ;所述第三金屬線和第五金屬線的寬度為W2。設(shè)計(jì)時(shí)，選用不同的原料來制成不同厚度的基板12和金屬微結(jié)構(gòu)16，并調(diào)節(jié)金屬微結(jié)構(gòu)16的第一、第二、第三、第四、第五金屬線段163、164、165、167、168的寬度Wl和厚度、第二金屬線段164與第一金屬線段163的間距D1、第二金屬線段164與最靠近的第三金屬線段165的間距D2等來獲得對(duì)特定頻段的電磁波具有較高傳輸效率的超材料片層10。實(shí)際制作吋，我們可選取兩塊基板，其中ー塊基板上覆有金屬箔，并通過蝕刻金屬箔而形成所述多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16，將另ー塊沒有金屬箔的基板壓合在所述形成有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16的基板上，且讓所述多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16位于所述兩基板之間，從而制得所述超材料片層10。具體蝕刻金屬箔時(shí)可采用光刻、鉆刻、電子刻或者離子刻等方式形成所述多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16。此外，也可使用電鍍的方式形成所述多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16。為了驗(yàn)證所述超材料片層10的響應(yīng)特性，以下我們以ー個(gè)超材料単元18為例來進(jìn)行仿真測試。在所述超材料単元18中，其長度和寬度L均等于11. 2mm。所述兩基板12由ABS制成，厚度均為2mm。所述結(jié)構(gòu)層14由銅箔經(jīng)光刻而成，其厚度為O. 018mm，也即，所述金屬微結(jié)構(gòu)16由銅制成，所述第一、第二、第三金屬線段163、164、167是銅線，厚度均為O. 018mm。所述兩第二金屬線段164與所述第一金屬線段163的間距Dl均為3. 9mm ;所述兩第三金屬線段165與最靠近的第二金屬線段164的距離D2為I. 45mm ;所述兩第五金屬線段168與第四金屬線段167的間距均為5. 45mm ;所述第一、第二、第三金屬線段163、164、167的寬度Wl為O. 1_、長度等于L(即11. 2mm)。經(jīng)仿真獲得所述超材料単元18樣品的反射系數(shù)Sll和透射系數(shù)S21隨電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線分別如圖4和圖5所示。由圖可知，大致在11 20GHz的超寬頻段內(nèi)，所述樣品的反射系數(shù)Sll介于-15 _65dB之間、透射系數(shù)S21小于-O. 25dB，也即對(duì)電磁波的反射小、透波率高，且諧波含量小，同時(shí)可抑制此頻段之外的電磁波，過濾掉雜波，減小了雜波干擾，從而具有頻選特性。由上可知，本發(fā)明超材料頻選表面由于在兩ABS基板12之間陣列設(shè)置多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)16，為夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅具有結(jié)構(gòu)完整性，而且在超寬頻段內(nèi)對(duì)電磁波的反射減小、透射效率高，從而提高了其透波性能，達(dá)到了機(jī)械性能和電氣性能的完美統(tǒng)一。由于所述兩基板12采用低介電常數(shù)、低損耗角正切的ABS制成，并通過光刻形成金屬微結(jié)構(gòu)16，エ藝簡單、制造成本低，并可通過調(diào)節(jié)所述兩基板12和金屬微結(jié)構(gòu)16的厚度來減小插入損耗和回波損耗，可進(jìn)一步提聞電磁波的傳輸效率。另外，根據(jù)實(shí)際需要，所述超材料頻選表面可包括多層所述超材料片層10，且這些超材料片層10既可沿垂直于片層表面的方向直接前、后表面相粘接而疊加在一起，也可將這些超材料片層10等間距地排列組裝在一起。請(qǐng)參考圖6，為本發(fā)明超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)的示意圖。所述天線系統(tǒng)20包括天線22和用于保護(hù)所述天線22的超材料頻選天線罩24。所述天線22可以是貼片天線、縫隙天線、微帶天線等任意類型的天線，也可以是由上述天線組成的天線陣，其饋電方式可以是同軸線、縫隙耦合、微帶線等。所述超材料頻選天線罩24至少有部分位于所述天線22接收和/或發(fā)射的電磁波的傳播方向上，如圖中所示的圓形蓋。所述超材料頻選天 線罩24包括至少ー個(gè)所述超材料片層10，其他同以上對(duì)所述超材料片層10的相關(guān)描述。而根據(jù)實(shí)際需要，所述超材料頻選天線罩24可做成任意形狀，如與所述天線22共形的形狀，且可將多塊平面或曲面的超材料片層10通過機(jī)械連接、焊接或粘合的方式拼接在一起而構(gòu)成大型超材料天線罩，也可將多塊平面或曲面的超材料片層10疊加在一起而形成更厚的機(jī)械強(qiáng)度更高的超材料頻選天線罩。經(jīng)對(duì)ー個(gè)天線系統(tǒng)樣品的實(shí)測，獲得其透射系數(shù)S21隨電磁波的頻率變化的響應(yīng)曲線如圖7和圖8所示。由圖可知，所述樣品大約在7 20GHz的超寬頻段內(nèi)，其透射系數(shù)S21小于-2. 5dB，可見對(duì)電磁波的損耗小、透波率高。由此可見，本發(fā)明超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)不僅在7 20GHz的超寬頻段內(nèi)具有較高的傳輸效率，且可適用于透射任意極化類型的電磁波，而且對(duì)于不同的入射角，其電磁性能較穩(wěn)定。此外，為了保護(hù)所述超材料頻選天線罩24，可在其表面上涂覆防酸、防腐、防紫外線、耐磨損、抗沖擊、抗熱應(yīng)カ等的保護(hù)層。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實(shí)施方式
和/或?qū)嵤├?，不?yīng)當(dāng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，而這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.ー種超材料頻選表面，其特征在于，所述超材料頻選表面包括至少ー超材料片層，所述超材料片層包括兩結(jié)合在一起的基板和置于所述兩基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)呈陣列排布的金屬微結(jié)構(gòu)，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)包括相互正交的第一直線簇和第二直線簇，所述第一直線簇包括第一金屬線段和與所述第一金屬線段平行的兩第二金屬線段、兩第三金屬線段，所述兩第二金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，所述兩第三金屬線段分別位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，且所述兩第二金屬線段分別位于所述兩第三金屬線段與所述第一金屬線段之間，所述第二直線簇包括一垂直平分所述第一金屬線段、兩第ニ金屬線段、兩第三金屬線段的第四金屬線段和兩分別位于所述第四金屬線段的兩側(cè)并與所述第四金屬線段平行的第五金屬線段，所述兩第五金屬線段分別與所述第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的兩端相連接，所述第一金屬線段垂直平分所述第四金屬線段和第五金屬線段，所述兩第三金屬線段分別與所述第四金屬線段和第五金屬線段的兩端相連接，且每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段分別與位于其周圍兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段相連接、第四金屬線段和第五金屬線段分別與位于其周圍另外兩相對(duì)側(cè)的兩金屬微結(jié)構(gòu)的第四金屬線段和第五金屬線段相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料頻選表面，其特征在于，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的兩第二金屬線段與第一金屬線段的間距相等，均為3. 7 4. 2_。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料頻選表面，其特征在于，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的兩第三金屬線段與最靠近的相應(yīng)第二金屬線段的間距相等，均為I. 2 I. 7_。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料頻選表面，其特征在于，姆個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段、第三金屬線段、第四金屬線段和第五金屬線段的寬度相等，均為0.08 0. 13mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料頻選表面，其特征在于，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)及其所在的基板部分形成ー個(gè)超材料単元；每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段與第四金屬線段的交點(diǎn)為金屬微結(jié)構(gòu)的中心，且與相應(yīng)的超材料單元的中心重合；每個(gè)超材料單元的長度與寬度相等，均為 10. 2 12. 45mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料頻選表面，其特征在于，所述兩基板的厚度為I.6 2.3mmo
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料頻選表面，其特征在于，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的兩第二金屬線段與第一金屬線段的間距均為3. 9mm、與最靠近的相應(yīng)第三金屬線段的間距均為1.45mm、兩第五金屬線段與第四金屬線段的間距均為5. 45mm ;每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)的第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的寬度均為0. 1mm、厚度均為0. 018mm ;所述兩基板的厚度均為2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的超材料頻選表面，其特征在于，所述兩基板由丙烯臆-丁ニ烯-苯こ烯共聚物(ABS)制成；所述第一金屬線段、第二金屬線段、第三金屬線段、第四金屬線段和第五金屬線段均是銅線。
9.ー種超材料頻選天線罩，其特征在于，所述超材料頻選天線罩由權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的超材料頻選表面制成。
10.一種天線系統(tǒng)，包括天線，其特征在干，所述天線系統(tǒng)還包括設(shè)置于所述天線接收和/或發(fā)射的電磁波的傳播方向上的超材料頻選天線罩，所述超材料頻選天線罩是權(quán)利要求9中所述的超材料頻選天 線罩。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超材料頻選表面，其包括兩基板和置于所述兩基板之間的結(jié)構(gòu)層，所述結(jié)構(gòu)層包括多個(gè)呈陣列排布的金屬微結(jié)構(gòu)，每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)包括第一直線簇和第二直線簇，所述第一直線簇包括第一金屬線段和與所述第一金屬線段平行的兩第二金屬線段、兩第三金屬線段，所述兩第二金屬線段和第三金屬線段均位于所述第一金屬線段的兩側(cè)，且所述兩第二金屬線段分別位于所述兩第三金屬線段與所述第一金屬線段之間，所述第二直線簇包括一垂直平分所述第一金屬線段的第四金屬線段和兩分別位于所述第四金屬線段的兩側(cè)并與其平行的第五金屬線段，而具有良好的電磁性能和頻選特性。本發(fā)明還涉及一種由此超材料頻選表面制成的超材料頻選天線罩和天線系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK102856655SQ20121026865
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 法布里齊亞·蓋佐, 佩爾·馬宗達(dá) 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司