超材料结构、天线罩和天线系统技术方案

公开了超材料结构以及包含超材料结构的天线罩和天线系统。所述超材料结构包括：第一介质基板；以及位于第一介质基板上的多个导电几何结构，其中，每个导电几何结构为中心对称分布图案，并且相邻的导电几何结构彼此隔开。所述导电几何结构的形状和尺寸的改变导致电磁波响应特性的改变。该天线罩不仅可以改善工作频段的电磁波的透波性能，而且可以作为滤波器抑制非工作频段的电磁波的穿透，从而可以改善天线工作的信噪比。

【技术实现步骤摘要】
超材料结构、天线罩和天线系统
本专利技术涉及天线罩，更具体地说，涉及超材料结构以及包含超材料结构的天线罩和天线系统。
技术介绍
天线系统通常包括天线罩。天线罩的目的是保护天线免受风雨、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，天线罩可以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，在一定程度上影响天线的电气性能。天线罩一方面应当有一定的机械强度，以保护内部的天线，另一方面还应当允许工作频段的电磁波高效穿透，以到达内部的天线。现有的天线罩基本上是纯材料天线罩，主要到保护天线的作用。为了提高电磁波的高效穿透，可以采用半波长理论进行材料厚度设计。在天线罩的材料厚度为工作频段电磁波波长的1/2时，电磁波穿透率最好。因此，纯材料天线罩的厚度设计取决于工作频段的电磁波波长。随着工作频段的电磁波波长增加，则天线罩的厚度也应当增加。天线罩的重量可能增加到难以应用的程度。另一方面，普通材料的透波性能比较均一，在工作频段内透波，其相邻频段透波效果亦优，工作频段外的透波容易干扰天线的正常工作。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。天线罩的结构多为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等。由于天线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，因此透波性能可能较差，工作频段较窄。针对不同的频段，需要更换天线罩，导致资源的浪费以及设备成本的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以改善透波性能的宽频带透波结构。本专利技术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、工作频段较窄的缺陷，提供超材料结构以及包含超材料结构的天线罩和天线系统。根据本专利技术的一方面，提供一种超材料结构，包括：第一介质基板；以及位于第一介质基板上的多个导电几何结构，其中，每个导电几何结构为中心对称分布图案，并且相邻的导电几何结构彼此隔开。优选地，所述中心对称分布图案为选自口字形、工字形、雪花形和田字形中的至少一种图案。优选地，所述导电几何结构为田字形图案，包括：由四个侧边组成的口字形外框，外框具有第一长度、第一宽度和第一线宽；连接一组相对的两个侧边的第一线条，第一线条具有第二线宽；以及连接另一组相对的两个侧边的第二线条，第二线条具有第三线宽；其中，所述导电几何结构的形状和尺寸设置为获得期望的电磁波响应特性。优选地，所述第一线条连接所述一组相对于两个侧边的中点。优选地，所述第二线条连接所述另一组相对的两个侧边的中点。优选地，第一长度与第一宽度不相等，以匹配天线的极化方向。优选地，第二线宽与第三线宽不相等，以匹配天线的极化方向。优选地，第一线宽与第二线宽、第三线宽不相等，以调节电磁波响应曲线的截止波形的陡峭程度。优选地，导电几何结构的物质形态是选自固体、液体、流状体和粉状物中的一种。优选地，导电几何结构由液体的导电材料组成，并且容纳在空腔、管道和胶囊之一中以限定其形状。优选地，第一介质基板由相对介电常数大于2、损耗角正切小于0.1的材料组成。根据本专利技术的另一方面，提供一种天线罩，包括：上述的超材料结构；以及位于第一介质基板上的第二介质基板，其中，所述多个导电几何结构夹在第一介质基板和第二介质基板之间。优选地，第一介质基板和第二介质基板为平板状。优选地，第一介质基板和第二介质基板为曲面状，并且所述多个结构单元共形地形成在第一介质基板的第一表面上。优选地，根据透波性能和滤波性能至少之一设置所述天线罩的不同区域中结构单元的形状和尺寸至少之一。根据本专利技术的又一方面，提供一种天线系统，其特征在于，包括天线以及上述的天线罩，所述天线罩罩设于天线上。根据本专利技术的实施例的天线罩在0-1.5GHz的工作频段内，电磁波的透过率高。天线罩可以直到固态空气的作用，电磁波从天线罩外部穿过天线罩到达内部的天线。在工作频段之外，电磁波的反射或衰减明显，从而难以从天线罩外部穿过天线罩到达内部的天线。该天线罩不仅可以起到透波的作用，而且可以起到滤波器的作用，从而改善天线工作的信噪比。通过调节导电几何结构的形状、尺寸，还可以匹配天线的极化，从而可以最大限度地允许选定极化方向的入射电磁波的透射，从而进一步改善天线的信噪比。根据本专利技术的实施例的天线罩可以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。根据本专利技术的实施例的天线系统在天线加上天线罩后，天线的辐射能力得到了加强，有效提高了增益。附图说明通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1示出根据本专利技术的实施例的超材料结构的结构单元的示意图；图2示出根据本专利技术的实施例的天线罩的结构示意图；图3示出根据本专利技术的实施例的天线罩的S参数仿真示意图。具体实施方式以下将参照附图更详细地描述本专利技术。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。应当理解，在描述某个结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将该结构翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。本专利技术可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。图1示出根据本专利技术的实施例的超材料结构的结构单元的示意图。在图1中示出一个结构单元100，其中包括一个导电几何结构110。结构单元100的长度和宽度分别表示为A和B。导电几何结构110位于结构单元100内，并且相对于结构单元100的中心对称分布，形成中心对称分布图案。该中心对称分布图案为选自口字形、工字形、雪花形和田字形中的一种图案。在一个实例中，导电几何结构110的图案为田字形，包括口字形的外框111、第一线条112和第二线条113。第一线条112和第二线条113分别连接外框111的相对两个侧边的中点，彼此交叉成十字。外框111的长度和宽度分别表示为a和b，分别与结构单元100的长度和宽度方向平行，并且尺寸稍小。外框111的线宽为W1，第一线条112的线宽为W2，第二线条113的线宽为W3。在结构单元100中，根据对光或电磁波的调节作用的不同需求，可以改变结构单元100的长度A、宽度B，以及外框111的长度a、宽度b、外框的线宽W1、第一线条112的线宽W2和第二线条113的线宽W3中的至少一个。如果改变外框111的长宽比a/b，或者改变第一线条112和第二线条113的线宽比W2/W3，则可以调节天线罩的极化特性，以满足天线不同极化方向的要求。如果改变外框111与第一线条112和第二线条113的线宽比W1/W2或W1/W3，则可以调节天线罩的高频响应特性，例如改变截止的陡峭程度。如果改变结构单元100的大小，则可以改变截止频率的大小。例如，结构单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料结构，包括：第一介质基板；以及位于第一介质基板上的多个导电几何结构，其中，每个导电几何结构为中心对称分布图案，并且相邻的导电几何结构彼此隔开。

【技术特征摘要】
1.一种超材料结构，包括：第一介质基板；以及位于第一介质基板上的多个导电几何结构，其中，每个导电几何结构为中心对称分布图案，并且相邻的导电几何结构彼此隔开。2.根据权利要求1所述的超材料结构，其中所述中心对称分布图案为选自口字形、工字形、雪花形和田字形中的至少一种图案。3.根据权利要求2所述的超材料结构，其中，所述导电几何结构为田字形图案，包括：由四个侧边组成的口字形外框，外框具有第一长度、第一宽度和第一线宽；连接一组相对的两个侧边的第一线条，第一线条具有第二线宽；以及连接另一组相对的两个侧边的第二线条，第二线条具有第三线宽；其中，所述导电几何结构的形状和尺寸设置为获得期望的电磁波响应特性。4.根据权利要求3所述的超材料结构，其中所述第一线条连接所述一组相对于两个侧边的中点。5.根据权利要求3所述的超材料结构，其中所述第二线条连接所述另一组相对的两个侧边的中点。6.根据权利要求3所述的超材料结构，其中第一长度与第一宽度不相等，以匹配天线的极化方向。7.根据权利要求3所述的超材料结构，其中第二线宽与第三线宽不相等，以匹配天线的极化方向。8.根据权利要求3所述的超材料结构，其中第一线宽与第二线宽、第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳光启高等理工研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44