宽频带超材料天线罩及天线系统技术方案

本实用新型专利技术涉及宽频带超材料天线罩及天线系统。超材料天线罩工作在Ku波段，所述超材料天线罩包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个尺寸相同的人造微结构；所述人造微结构包括雪花形结构，所述雪花形结构包括十字形结构以及分别设置在所述十字形结构的四个端点上的四个尺寸相同的一字形结构。本实用新型专利技术通过在基板上附着特定形状的人造微结构，得到需要的电磁响应，使得基于超材料的天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。本实用新型专利技术的天线罩的工作频带在Ku波段(12-18GHz)之间，且在此频带内的透波效率很高，损耗较小。而且，电磁波带一定角度入射时，仍然具有很好的透波性能。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及天线罩，更具体地说，涉及宽频带超材料天线罩及天线系统。
技术介绍
超材料，俗称超材料，是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个基板单元，每个基板单元上附着有人造微结构，从而形成一个超材料单元， 整个超材料是由很多这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个超材料单元上的人造微结构可以相同或者不完全相同。人造微结构是由金属丝组成的具有一定几何图形的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属丝等。由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基板本身的电磁特性，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性；通过对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可以改变整个超材料的响应特性。一般情况下，天线系统都会设置有天线罩。天线罩的目的是保护天线系统免受风雨、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，并在一定程度上影响天线的电气性能。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，材料的介电常数具有不可调节性。结构上多为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等，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，较难达到高透波要求，即使在保证高透射率的条件下也不具备选择性透波功能。而且，天线罩的工作频段较窄，在不同的频段需求下需要更换天线罩，无法实现资源的重复使用，导致资源的浪费以及设备成本的提高。
技术实现思路
本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且工作频段较窄的缺陷，提供一种宽频带超材料天线罩及天线系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种宽频带超材料天线罩，所述超材料天线罩工作在Ku波段，所述超材料天线罩包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个尺寸相同的人造微结构；所述人造微结构包括雪花形结构，所述雪花形结构包括十字形结构以及分别设置在所述十字形结构的四个端点上的四个尺寸相同的一字形结构。在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，每一超材料片层还包括覆盖于所述多个人造微结构上的第二基板。在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，每一超材料单元的长和宽均为6mm， 所述人造微结构与所述超材料单元的边界之间的距离为O. 1_。在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成。在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，所述一字形结构由一条金属丝构成，所述十字形结构垂直平分所述四个一字形结构。在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，所述十字形结构的金属线的线宽为O.2mmο 在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，所述一字形结构的金属线的线宽为O. 2臟。在本技术所述的宽频带超材料天线罩中，所述一字形结构的长度为2. O 2.6mm。实施本技术的技术方案，具有以下有益效果通过在基板上附着特定形状的人造微结构，得到需要的电磁响应，使得基于超材料的天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而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。而且本技术的天线罩的工作频带在Ku波段 (12-18GHZ)之间，且在此频带内的透波效率很高，损耗较小。而且，电磁波带一定角度入射时，仍然具有很好的透波性能。附图说明下面将结合附图及实施例对本技术作进一步说明，附图中图I是依据本技术一实施例的宽频带超材料天线罩的一个超材料片层的结构示意图；图2是由多个图I所示的超材料片层堆叠形成的宽频带超材料天线罩的结构示意图；图3是依据本技术一实施例的超材料片层的结构示意图；图4是人造微结构的排布示意图；图5是人造微结构的示意图；图6是超材料天线罩的S21参数示意图；图7是超材料天线罩与空气的阻抗匹配示意图；图8-9示出了电磁波入射方向与超材料天线罩平面夹角为30度、45度时的S参数示意图。具体实施方式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材料，通过对微结构的有序排列，可以改变空间中每点的相对介电常数和磁导率。超材料可以在一定范围内实现普通材料无法具备的折射率、阻抗以及透波性能，从而可以有效控制电磁波的传播特性。基于人造微结构的超材料天线罩可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而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。并可通过调节微结构尺寸进行频率选择，根据需要调整相应透波和滤波频率。本技术提供了一种超材料天线罩，包括至少一个超材料片层1，如图I和图2 所示。每个超材料片层I包括两个相对设置的基板和附着在两基板之间的阵列排布的人造微结构。当超材料片层I有多个时，各个超材料片层I沿垂直于片层的方向叠加，并通过机械连接、焊接或粘合的方式组装成一体，如图2所示。通常，在能够满足性能的情况下，一个超材料片层就可以作为超材料天线罩来使用。阵列排布的人造微结构所在平面与电磁波的电场和磁场方向平行，与入射电磁波传播方向垂直。超材料片层I中的第一基板10可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个人造微结构。图3示出了超材料片层的结构示意图(透视图)。超材料片层I包括两块相同的均匀等厚的片状基板相对设置的第一基板10和第二基板20，所述第一基板10的面向第二基板20的表面上附着有阵列排布的人造微结构30。超材料片层I可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。在本技术一实施例中，以两个基板为例进行说明，但是在实际设计时，也可以仅采用第一基板，而人造微结构阵列排布在第一基板10上，同样能够达到本技术的目的。如图4-5所示，每一超材料单元的长和宽均为a = 6mm,人造微结构30与超材料单元的边界之间的距离 为w2 = O. 1mm。每一人造微结构30包括雪花形结构,雪花形结构包括十字形结构31以及分别设置在所述十字形结构的四个端点上的四个尺寸相同的一字形结构32。十字形结构31由两条尺寸相同且垂直平分的金属丝构成。一字形结构32由一条金属丝构成，十字形结构31垂直平分四个一字形结构32。十字形结构31和一字形结构32 的金属线的线宽wl = O. 2mm。一字形结构的长度为b = 2. O 2. 6mm。在本技术一实施例中，一字形结构的长度为b = 2. 4_。第一基板10和第二基板20的厚度均为2mm,人造微结构30的厚度为O. 018mm。十字形结构31的金属线的长度为2c+wl = 2*2. 6+0. 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽频带超材料天线罩，其特征在于，所述超材料天线罩工作在Ku波段，所述超材料天线罩包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个尺寸相同的人造微结构；所述人造微结构包括雪花形结构，所述雪花形结构包括十字形结构以及分别设置在所述十字形结构的四个端点上的四个尺寸相同的一字形结构。2.根据权利要求I所述的宽频带超材料天线罩，其特征在于，每一超材料片层还包括覆盖于所述多个人造微结构上的第二基板。3.根据权利要求I所述的宽频带超材料天线罩，其特征在于，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。4.根据权利要求3所述的宽频带超材料天线罩，其特征在于，每一超材料单元的长和宽均为6_，所述人造微结构与所述超材料单元的边界...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，方小伟，张岭，
申请(专利权)人：深圳光启创新技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：