基于频率触发机制的超材料天线罩制造技术

本发明专利技术提出了一种基于频率触发机制的超材料天线罩，旨在保证天线罩物理强度的前提下提高天线罩的透波率，并提高电磁防护的灵活性，同时拓宽透波频段，包括天线罩支撑层和多层超表面结构；所述天线罩支撑层1采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；多层超表面采用由至少两层第一介质基板和夹持在相邻第一介质基板之间的第二介质基板组成的层叠结构，第一介质基板的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片，用于实现天线罩的频率触发特性，第一介质基板的介电常数大于第二介质基板的介电常数。

Metamaterial radome based on frequency trigger mechanism

The invention proposes a metamaterial radome based on frequency triggering mechanism, aiming at improving the transmittance of the radome and improving the flexibility of electromagnetic protection on the premise of ensuring the physical strength of the radome, and at the same time broadening the transmittance band, including radome support layer and multi-layer Supersurface structure; the radome support layer adopts dielectrics. A covering made of a flat plate or dielectric shell material to ensure the physical strength and mechanical load-bearing of the radome; a multilayer super-surface consists of at least two first dielectric substrates and a second dielectric substrates clamped between adjacent first dielectric substrates. The two sides of the first dielectric substrates are printed separately. At least three uniformly arranged circular metal patches are used to realize the frequency triggering characteristics of the radome. The dielectric constant of the first dielectric substrate is larger than that of the second dielectric substrate.

【技术实现步骤摘要】
基于频率触发机制的超材料天线罩
本专利技术属于天线
，涉及一种超材料天线罩，具体涉及一种基于频率触发机制的超材料天线罩，可用于电磁防护领域。技术背景超材料作为一种新型人工电磁材料，具有强烈的频率触发机制和电磁波调控能力，能满足宽频带大角度透波设计和电磁屏蔽设计的多重需求。超材料的频率触发机制指的是当一个特定频率的电磁波入射至超材料时，超材料表面的谐振环结构将会发生谐振，使入射至超材料表面的电磁波发生反射或透射。通常，天线系统都会设置天线罩，它是由天然或人造电介质材料制成的覆盖物，或是由桁架支撑的电介质壳体构成的特殊形状的电磁窗口。天线罩可以有效地使天线和整个微波系统保证正常工作，具有防风沙、耐高温、较好的力学承载能力，如2012年，张锦在名为“大型天线罩的结构分析”的硕士论文中，介绍了不同的天线罩结构，按截面形式可分为均匀单层、A型夹层、B型夹层、C型夹层、多层结构、含金属物的人工介质以及空间骨架结构；根据夹层材料又分为泡沫夹层和蜂窝夹层结构；上述天线罩结构主要作用是保护天线系统免受恶劣环境的影响并实现单纯透波，但其缺陷是不具备电磁防护能力。为实现电磁防护，基于频率触发特性的超材料天线罩被提出，如申请公布号为CN102760965A，名称为“大角度透波超材料及其天线罩和天线系统”的专利申请，公开了一种大角度透波的超材料天线罩，包括多个超材料片层，每个超材料片层包括基板和阵列排布在基板上的多个形状和尺寸相同的人造微结构，相邻层之间的人造微结构形状不同，能够在19～22GHz的频段内实现大角度透波，且在大角度入射情况下，损耗相对稳定，能够保持较高的透波率，并屏蔽其他频段的电磁波；但上述技术存在的缺陷是一方面，电磁防护不是针对电磁干扰所在频段，而是直接屏蔽除透波频带外其他所有频带的电磁波，导致电磁防护不够灵活；另一方面，天线罩的透波频带较窄，在不同的频段需求下需要更换天线罩；最后，单纯的利用超材料结构构建天线罩的力学承载往往不够，而均匀单层、A型夹层、B型夹层、C型夹层、多层结构、含金属物的人工介质以及空间骨架结构的天线罩设计并不具备电磁透波和电磁防护的频率选择性设计。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于频率触发机制的超材料天线罩，旨在保证天线罩物理强度的前提下提高天线罩的透波率，并提高电磁防护的灵活性，同时拓宽透波频段。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括相互层叠的天线罩支撑层1和多层超表面2；所述天线罩支撑层1采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述多层超表面2采用由至少两层第一介质基板21和夹持在相邻第一介质基板21之间的第二介质基板22组成的层叠结构，所述第一介质基板21的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片211，用于实现天线罩的频率触发特性，所述第一介质基板21的介电常数大于第二介质基板22的介电常数。上述基于频率触发机制的超材料天线罩，所述第一介质基板21，其两个侧面上印制的至少三个均匀排布的环形金属贴片211关于第一介质基板21镜像对称，所述环形金属贴片211为方形环金属贴片，各方环形金属贴片的尺寸相等且侧边平行。上述基于频率触发机制的超材料天线罩，所述第一介质基板21和第二介质基板22均采用柔性材料。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术由于第一介质基板两个板面印制有环形金属贴片，保证多层超表面具有较高的透波率，而多层超表面的透波频段不会触发超表面上环形金属贴片的谐振，因此透波强度不受天线罩支持层的影响，与现有技术相比，在保证天线罩物理强度的前提下，提高了天线罩的透波率。2、本专利技术的多层超表面采用由至少两层第一介质基板和夹持在相邻第一介质基板之间的第二介质基板组成的层叠结构，第一介质基板的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片，一方面能够实现特定频段的电磁防护，另一方面拓宽了天线罩的透波频带，与现有技术相比，实现了35GHz下的电磁防护，同时保证0～30GHz下的大角度宽频带透波，提高了天线罩电磁防护的灵活性，并拓宽了透波频带。附图说明图1是本专利技术实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术实施例第一介质基板一侧板面的结构示意图；图3是本专利技术实施例天线罩支撑层在0～40GHz下的传输曲线图；图4(a)是本专利技术实施例多层超表面在0～40GHz下的传输曲线图，图4(b)是图4(a)的放大图；图5(a)是本专利技术实施例在0～40GHz下的传输曲线图，图5(b)是图5(a)的放大图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步的描述。参照图1，本专利技术包括相互层叠的天线罩支撑层1和多层超表面2。所述天线罩支撑层1采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；在本实施中，天线罩支撑层1采用采用A夹层结构天线罩，其芳纶蜂窝基板的介电常数为1.15，损耗为0.0016，厚度为15mm，玻璃钢蒙皮的介电常数为4.1，损耗为0.011，厚度为0.4mm，蜂窝通孔尺寸不做限定。上述尺寸不作为本专利技术所用天线罩支撑层的限定。所述多层超表面2采用由至少两层第一介质基板21和夹持在相邻第一介质基板21之间的第二介质基板22组成的层叠结构，所述第一介质基板21的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片211，用于实现天线罩的频率触发特性，所述第一介质基板21的介电常数大于第二介质基板22的介电常数，第二介质基板作为多层超表面2的支撑层，为保证透波性能，要求采用低介电常数的基板；所述第一介质基板21，其两个侧面上印制的至少三个均匀排布的环形金属贴片211关于第一介质基板21镜像对称，所述环形金属贴片211为方形环金属贴片，各方环形金属贴片的尺寸相等且侧边平行；在本实施例中，X的取值为3，所述第一介质基板21采用介电常数为2.65，厚度为0.4mm的F4B介质基板，所述的第二介质基板采用介电常数为1.15，厚度为0.4mm的介质基板。上述尺寸不作为对本专利技术多层超表面2的限制。所述第一介质基板21和第二介质基板22均采用柔性材料。参照图2，所述的第一介质基板21上层印制有数个周期排布的环形金属贴片211，为了图示方便，这里仅展示了9个贴片单元，这里不对环形金属贴片211的数目构进行限制，针对不同的情况有不同的设置。在本实施例中，所述环形金属贴片211以4mm*4mm的周期进行均匀排列，环形金属贴片211外径边长为1.58mm，宽为0.2mm。上述尺寸不作为对本专利技术环形金属贴片211的限制。本专利技术天线罩的原理如下：所述天线罩支撑层1为电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述的多层超表面2实现本专利技术超材料天线罩的频率触发机制，具体功能如下：当所要屏蔽频段的电磁波入射至本专利技术的超材料天线罩时，将会触发环形金属贴片211发生谐振，阻止该频段的电磁波通过超材料表面，隔离电磁干扰，保证天线系统的正常工作；当其他频段的电磁波通过本专利技术的超材料天线罩时，将不会产生频率触发，保证电磁波的正常穿透。以下通过仿真实验，对本专利技术的技术效果作进一步说明。1.仿真条件和内容。1.1仿真条件使用商业仿真软件CSTMicrowaveStudio对上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于频率触发机制的超材料天线罩，其特征在于：包括相互层叠的天线罩支撑层(1)和多层超表面(2)；所述天线罩支撑层(1)采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述多层超表面(2)采用由至少两层第一介质基板(21)和夹持在相邻第一介质基板(21)之间的第二介质基板(22)组成的层叠结构，所述第一介质基板(21)的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片(211)，用于实现天线罩的频率触发特性，所述第一介质基板(21)的介电常数大于第二介质基板(22)的介电常数。

【技术特征摘要】
1.一种基于频率触发机制的超材料天线罩，其特征在于：包括相互层叠的天线罩支撑层(1)和多层超表面(2)；所述天线罩支撑层(1)采用电介质平板或电介质壳体材料制成的覆盖物，用于保证天线罩的物理强度和力学承载；所述多层超表面(2)采用由至少两层第一介质基板(21)和夹持在相邻第一介质基板(21)之间的第二介质基板(22)组成的层叠结构，所述第一介质基板(21)的两个侧面分别印制有至少三个均匀排布的环形金属贴片(211)，用于实现天线罩的频率触发特性，所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨锐，杨佩，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61