專利名稱：帶通透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天線罩，更具體地說，涉及帶通透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一般情況下，天線系統(tǒng)都會設(shè)置有天線罩。天線罩的目的是保護(hù)天線系統(tǒng)免受風(fēng)雨、冰雪、沙塵和太陽輻射等的影響，使天線系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時減輕天線系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長使用壽命。但是天 線罩是天線前面的障礙物，對天線輻射波會產(chǎn)生吸收和反射，改變天線的自由空間能量分布，并在一定程度上影響天線的電氣性能。目前制備天線罩的材料多采用介電常數(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、高分子聚合物等，材料的介電常數(shù)具有不可調(diào)節(jié)性。結(jié)構(gòu)上多為均勻單壁結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)和空間骨架結(jié)構(gòu)等，罩壁厚度的設(shè)計需兼顧工作波長、天線罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結(jié)構(gòu)上的性能等因素，在保護(hù)天線免受外部環(huán)境影響的條件下不具備增強(qiáng)天線方向性和提高天線增益的功能，透波性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述透波性能較差的缺陷，提供帶通透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種帶通透波材料，包括由非金屬材料制成的第一基板，以及附著在第一基板的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結(jié)構(gòu)，相鄰的人造微結(jié)構(gòu)之間無間隙；所述人造微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片，所述雪花型槽結(jié)構(gòu)中還設(shè)置有十字形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的帶通透波材料中，所述十字形結(jié)構(gòu)的中心與所述雪花型槽結(jié)構(gòu)的
中心重合。在本發(fā)明所述的帶通透波材料中，所述雪花型槽結(jié)構(gòu)包括十字形槽結(jié)構(gòu)以及分別設(shè)置在所述十字形槽結(jié)構(gòu)的四個端點上的四個一字形槽結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的帶通透波材料中，所述十字形槽結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構(gòu)成。在本發(fā)明所述的帶通透波材料中，所述一字形槽的槽寬大于所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽寬。在本發(fā)明所述的帶通透波材料中，所述十字形結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在本發(fā)明所述的帶通透波材料中，所述一字形槽的槽寬為0. 9mm，所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽寬為0. 3mm,所述一字形結(jié)構(gòu)的線寬為0. 3mm。在本發(fā)明所述的帶通透波材料中，所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽長為4mm，所述一字形槽的槽長為5_，所述一字形結(jié)構(gòu)的長度為5_，相鄰人造微結(jié)構(gòu)的中心之間的距離為6_。
本發(fā)明還提供一種天線罩，用于罩設(shè)在天線上，包括如上所述的帶通透波材料。本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線以及如上所述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線上。實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果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)，使得天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加。可以通過調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的 透射，減少了傳統(tǒng)天線罩設(shè)計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的帶通透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在工作頻段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增益。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明一實施例的帶通透波材料的剖視圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明一實施例的人造微結(jié)構(gòu)在帶通透波材料的一外表面的排布示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明一實施例的人造微結(jié)構(gòu)在帶通透波材料的另一外表面的排布示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明一實施例的人造微結(jié)構(gòu)的排布示意圖；圖5是圖4中的單個人造微結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6 7是圖5中的雪花型槽結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8是圖5中的十字形結(jié)構(gòu)的示意圖；圖9是依據(jù)本發(fā)明一實施例的帶通透波材料的S21參數(shù)仿真示意圖；圖10是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的帶通透波材料的剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種帶通透波材料，如圖廣2所示。帶通透波材料包括由非金屬材料制成的第一基板10,以及附著在第一基板10的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結(jié)構(gòu)31，相鄰的人造微結(jié)構(gòu)31之間無間隙，多個人造微結(jié)構(gòu)在兩相對外表面上形成兩層人造微結(jié)構(gòu)層A、B。如圖2所示，人造微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片，雪花型槽結(jié)構(gòu)中還設(shè)置有十字形結(jié)構(gòu)。透波材料的剖視圖見圖I?？梢岳斫獾氖牵f明書附圖中示出的人造微結(jié)構(gòu)的數(shù)目僅為示意，用于說明人造微結(jié)構(gòu)之間的排布情況，不作為對本發(fā)明的限制。制造基板的材料有多種選擇，例如陶瓷、FR4、F4B (聚四氟乙烯)、HDPE (高密度聚乙烯，High Density Polyethylene)、ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)、鐵電材料、或者鐵磁材料等。第一基板10優(yōu)選介電常數(shù)為2. 2，損耗角正切為0. 001的材料。人造微結(jié)構(gòu)31為導(dǎo)電材料制成的具有一定幾何圖案的平面結(jié)構(gòu)。這里的導(dǎo)電材料，可以是金、銀、銅等導(dǎo)電性能良好的金屬材料，或者主要成分為金、銀、銅中的一種或兩種的合金材料，也可以是碳納米管、摻鋁氧化鋅、銦錫氧化物等可以導(dǎo)電的非金屬材料。本發(fā)明中，優(yōu)選銅或銀。第一基板10的厚度為4 6mm。圖2 3是依據(jù)本發(fā)明一實施例的人造微結(jié)構(gòu)在帶通透波材料的兩外表面的排布示意圖。外表面上均排布有相同的人造微結(jié)構(gòu)31，相鄰的人造微結(jié)構(gòu)31之間無間隙。圖4是人造微結(jié)構(gòu)31在兩外表面上的排布示意圖。圖5是圖4中的單個人造微結(jié)構(gòu)31的示意圖。人造微結(jié)構(gòu)31的具體幾何形狀圖案見圖51所示。人造微結(jié)構(gòu)31為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)311的方形貼片，雪花型槽結(jié)構(gòu)中還設(shè)置有十字形結(jié)構(gòu)312。十字形結(jié)構(gòu)312的中心與雪花型槽結(jié)構(gòu)311的中心重合 。雪花型槽結(jié)構(gòu)311的具體形狀如圖6所示，雪花型槽結(jié)構(gòu)311包括十字形槽結(jié)構(gòu)3111以及分別設(shè)置在十字形槽結(jié)構(gòu)3111的四個端點上的四個一字形槽結(jié)構(gòu)3112。十字形槽結(jié)構(gòu)3111由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構(gòu)成。十字形結(jié)構(gòu)312由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在本發(fā)明一實施例中，一字形槽的槽寬w2大于一字形槽結(jié)構(gòu)3112的槽寬wl。下面將結(jié)合具體實施例來說明本發(fā)明的帶通透波材料的應(yīng)用效果。在一實施例中，開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)311的方形貼片為正方形貼片，邊長a為6mm，也即相鄰人造微結(jié)構(gòu)31的中心之間的距離為6mm。一字形槽的槽寬w2為0. 9mm, 一字形槽的槽長b為5mm ；一字形槽結(jié)構(gòu)3112的槽寬wl為0. 3mm，一字形槽結(jié)構(gòu)3112的槽長LI為4_ ;一字形結(jié)構(gòu)的線寬w3為0. 3mm,—字形結(jié)構(gòu)的長度L2為5mm。在本發(fā)明一實施例中,第一基板10由聚四氟乙烯(F4B)制得。人造微結(jié)構(gòu)31和第二、第三人造微結(jié)構(gòu)32、33由銅制成。第一基板10的介電常數(shù)為2. 2，損耗角正切為0. 001。第一基板10的厚度為5mm，人造微結(jié)構(gòu)的厚度為0. 018mm。上述參數(shù)僅為一實例，并不作為對本發(fā)明的限制。人造微結(jié)構(gòu)31通過蝕刻的方式附著在第一基板10上，當(dāng)然人造微結(jié)構(gòu)31也可以采用電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在第一基板10上。第一基板10也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、HIPS (耐沖擊性聚苯乙烯,High impact polystyrene)材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。對具有上述參數(shù)的帶通透波材料進(jìn)行仿真，其S21參數(shù)仿真圖如圖9所示。由圖9可以看到，在X波段(8 12GHz)的透波系數(shù)S21很高，出現(xiàn)了高透波通帶，透波效果很好。而在其它頻段S21參數(shù)很小。在實際應(yīng)用時，通過調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，可以改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而通帶向高頻或低頻移動，或者改變帶寬。在實現(xiàn)X波段透波的情況下還能夠抑制其它頻段的信號干擾，實現(xiàn)隱身的功能。帶通透波材料也可以采用多層基板，比如包括兩層基板，相鄰基板間均設(shè)有上述排布的人造微結(jié)構(gòu)。如圖10所示，包括兩層基板10和20，以及三層金屬微結(jié)構(gòu)層A、B、C，多個人造微結(jié)構(gòu)在基板10和20的外表面以及基板10和20之間形成三層人造微結(jié)構(gòu)層A、B、C。同樣能夠達(dá)到高透波帶通的效果。因此，本發(fā)明還提供一種天線罩，該天線罩由上文所述的帶通透波材料制成，用于罩設(shè)于在天線上，對天線起到保護(hù)作用的同時，還能夠保證天線在工作頻段正常工作，屏蔽掉不相關(guān)頻段，排除干擾。需要說明的是，天線罩的形狀可以為與附圖中的帶通透波材料形狀相同的平板狀，也可以根據(jù)實際需求來設(shè)計天線罩的形狀，比如設(shè)計成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀(共形的天線罩)等，也不排除使用多個平板狀結(jié)構(gòu)拼接成需要的形狀，本發(fā)明對此不作限制。
本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線，以及如上文所述的天線罩，天線罩罩設(shè)于天線上。天線包括輻射源、饋電單元等，具體構(gòu)成可參閱相關(guān)技術(shù)資料，本發(fā)明對此不作限制。天線本體可以是例如但不限于平板天線、微波天線、雷達(dá)天線等。本發(fā)明的帶通透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)可工作在兩個頻段內(nèi)，在此兩個頻段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增益。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的 實施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
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)。
權(quán)利要求
1.一種帶通透波材料，其特征在于，包括由非金屬材料制成的第一基板，以及附著在第一基板的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結(jié)構(gòu)，相鄰的人造微結(jié)構(gòu)之間無間隙； 所述人造微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片，所述雪花型槽結(jié)構(gòu)中還設(shè)置有十字形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶通透波材料，其特征在于，所述十字形結(jié)構(gòu)的中心與所述雪花型槽結(jié)構(gòu)的中心重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶通透波材料，其特征在于，所述雪花型槽結(jié)構(gòu)包括十字形槽結(jié)構(gòu)以及分別設(shè)置在所述十字形槽結(jié)構(gòu)的四個端點上的四個一字形槽結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶通透波材料，其特征在干，所述十字形槽結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶通透波材料，其特征在干，所述一字形槽的槽寬大于所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽寬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶通透波材料，其特征在于，所述十字形結(jié)構(gòu)由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形結(jié)構(gòu)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶通透波材料，其特征在干，所述一字形槽的槽寬為O.9mm,所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽寬為O. 3_，所述一字形結(jié)構(gòu)的線寬為O. 3_。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶通透波材料，其特征在干，所述一字形槽結(jié)構(gòu)的槽長為4mm，所述一字形槽的槽長為5mm，所述一字形結(jié)構(gòu)的長度為5mm，相鄰人造微結(jié)構(gòu)的中心之間的距離為6mm。
9.ー種天線罩，其特征在于，用于罩設(shè)在天線上，包括如權(quán)利要求f 8任ー項所述的帶通透波材料。
10.一種天線系統(tǒng)，其特征在干，包括天線以及如權(quán)利要求9所述的天線罩，所述天線罩罩設(shè)于天線上。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶通透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。帶通透波材料包括由非金屬材料制成的第一基板，以及附著在第一基板的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結(jié)構(gòu)，相鄰的人造微結(jié)構(gòu)之間無間隙；所述人造微結(jié)構(gòu)為開設(shè)有雪花型槽結(jié)構(gòu)的方形貼片，所述雪花型槽結(jié)構(gòu)中還設(shè)置有十字形結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的帶通透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)可在工作頻段內(nèi)的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環(huán)境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強(qiáng)，有效提高了增益。
文檔編號H01Q15/02GK102856661SQ20121027523
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月3日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 方小偉, 付少麗 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司