超材料基站天线罩及基站天线系统技术方案

本发明专利技术涉及一种超材料基站天线罩，其包括用于形成容置基站天线的空腔的超材料板材，每一超材料板材包括至少一超材料片层，每个超材料片层包括一第一介电基板和排布于所述第一介电基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括一圆环和三条自所述圆环的中心点延伸至所述圆环的圆周的直线段。经测试，所述超材料基站天线罩的等效阻抗接近于空气的阻抗，也即与空气的阻抗相匹配，从而具有反射小、透波率高的电磁性能。本发明专利技术还提供了一种基站天线系统，其包括所述超材料基站天线罩和容置于所述超材料基站天线罩内的基站天线。

【技术实现步骤摘要】
超材料基站天线罩及基站天线系统
本专利技术涉及基站天线罩及基站天线系统，更具体地说，涉及一种由全新设计的超材料制成的基站天线罩及基站天线系统。
技术介绍
在基站天线系统中，常常需要用天线罩来罩盖基站天线，以使基站天线免受外界恶劣环境的影响，这样，基站天线收发电磁波时电磁波均需穿过天线罩。尽管目前制造天线罩时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、环氧树脂和ABS以及UPVC等高分子聚合物，但还是无法与空气的阻抗匹配一致，电磁波在空气与天线罩之间传播时不仅会发生反射，而且天线罩对电磁波的损耗亦较大，从而降低了基站天线的辐射效率和增益，严重影响基站天线的电磁性能。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。当前，人们在介电基板上周期性地排列具有一定几何形状的人工微结构来形成超材料。由于可以利用人工微结构的几何形状和尺寸以及排布来改变超材料空间各点的介电常数和/或磁导率，使其产生预期的电磁响应，以控制电磁波的传播，故而，在多个领域具有广泛的应用前景，成为各国科研人员争相研究的热点领域之一。在用超材料作为透波材料来制作天线罩方面，人们已经发现，用其制作的天线罩具有良好的透波性能，对电磁波的损耗也较小。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种反射小、透波率高的超材料基站天线罩及基站天线系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超材料基站天线罩，其包括用于形成容置基站天线的空腔的超材料板材，每一超材料板材包括至少一超材料片层，每个超材料片层包括一第一介电基板和排布于所述第一介电基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括一圆环和三条自所述圆环的中心点延伸至所述圆环的圆周的直线段。优选地，每个人工微结构的两相邻直线段之间的夹角为120°。优选地，每个人工微结构的圆环的半径为0.5～1.0mm。优选地，每个人工微结构的三条直线段的宽度均相等。优选地，每个人工微结构的圆环的宽度等于三条直线段的宽度。优选地，每个人工微结构的圆环和三条直线段的宽度均为0.08～01mm。优选地，每个人工微结构的圆环和三条直线段均是由铜制成的金属线。优选地，每个超材料片层包括多个阵列排布在一起的超材料单元，每个超材料单元上具有一个所述人工微结构。优选地，每个超材料单元的长度和宽度均等于10mm；每个人工微结构的圆环的半径为0.9mm、圆环和三条直线段的宽度均为0.1mm。优选地，每个超材料片层还包括覆盖于所述多个人工微结构上的第二介电基板。一种基站天线系统，包括基站天线和用于容置所述基站天线而将所述基站天线保护起来的超材料基站天线罩，所述超材料基站天线罩包括用于形成容置基站天线的空腔的超材料板材，每一超材料板材包括至少一超材料片层，每个超材料片层包括一第一介电基板和排布于所述第一介电基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括一圆环和三条自所述圆环的中心点延伸至所述圆环的圆周的直线段。本专利技术的超材料基站天线罩及基站天线系统具有以下有益效果：由于其具有一定形状的人工微结构，可让其等效阻抗接近于空气的阻抗，也即与空气的阻抗相匹配，从而具有反射小、透波率高的电磁性能。附图说明下面将结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术超材料基站天线罩和基站天线系统的一个结构示意图；图2是本专利技术超材料基站天线罩的一个超材料板材的示意图；图3是图2中超材料板材的结构层的放大示意图；图4是图3中的一个超材料单元的放大图；图5是本专利技术超材料基站天线罩的一个样品的S参数随电磁波的频率变化的曲线图；图6是图5中的透射系数S2在一个频段内变化的放大图；图7是图5中的样品的等效介电常数、等效磁导率和等效阻抗随电磁波的频率变化的曲线图；图8是本专利技术超材料基站天线罩的另一个超材料板材的结构层的示意图。图中各标号对应的名称为：1超材料基站天线罩、2空腔、4超材料板材、6基站天线、10超材料片层、12、14介电基板、16结构层、18人工微结构、182圆环、184直线段、19超材料单元具体实施方式请参考图1和图2，本专利技术的超材料基站天线罩1包括用于形成空腔2的超材料板材4，以让基站天线6容置于所述空腔2内将其保护起来。每一超材料板材4包括至少一超材料片层10，每个超材料片层10包括贴合在一起的两介电基板12、14和置于所述两介电基板12、14之间而由所述两介电基板12、14覆盖的结构层16。所述两介电基板12、14可由聚合物材料、陶瓷材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料等制成，如环氧树脂玻璃纤维布层压板(FR4)、聚四氟乙烯玻璃纤维布层压板(F4B)、高密度聚乙烯玻璃纤维布层压板或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物玻璃纤维布层压板(ABS)等。所述两介电基板12、14的厚度既可相等、也可不相等。请继续参考图3所示，所述结构层16包括多个人工微结构18，如图中位于由虚线分隔形成的区域内的图案。我们将每个人工微结构18及其所在的两介电基板12、14部分称为超材料单元19，如图所示。一般，每个超材料单元19的几何尺寸与穿过所述超材料基站天线罩的电磁波波长有关，如其几何尺寸是电磁波波长的十分之一。每个人工微结构18是由一定尺寸的线段构成的具有一定几何形状的平面或立体结构，其中，线段的截面可以为扁平状或其他任意形状，如圆柱状。图中所示的人工微结构18是由具有扁平状截面的线段构成的平面结构，并呈周期性排布，也即，所述多个人工微结构18是周期性地排布于所述两介电基板12、14之间的，并由所述两介电基板12、14覆盖，而所述超材料单元19的长度和宽度均等于L1，L1等于10～15mm。实际中，所述多个人工微结构18是通过蚀刻一覆盖于所述介电基板12(或14)上的金属箔如铜箔而形成，然后再覆上所述介电基板14(或12)并将所述多个人工微结构18覆盖住即可。当然，所述多个人工微结构18还可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等方式形成在所述介电基板12或14上。请继续参考图4，为本专利技术的人工微结构18的一个实施例。每个人工微结构18包括一圆环182和三条自所述圆环182的中心点延伸至所述圆环182的圆周的直线段184。每两相邻直线段之间的夹角为120°，所述圆环182的中心与相应超材料单元19的中心重合。所述人工微结构18的圆环182的半径R等于0.5～1.0mm，每条直线段184的长度均等于所述圆环182的半径R，所述圆环182和所述三条直线段184的宽度均等于W，W等于0.08～0.1mm。具体设计时，可通过调节所述两介电基板12、14的厚度和原料、所述人工微结构18的圆环182的半径和线宽、直线段184的长度和线宽、两相邻直线段之间的夹角、每两相邻人工微结构18之间的距离、各个人工微结构18在所述两介电基板12、14上的排布等方式来获得满足需要的超材料板材10。为了验证本专利技术超材料基站天线罩对电磁波的反射和透射效果，以下我们以一超材料单元19为样品进行仿真测试。在所述超材料单元19中，其长度和宽度L1均等于10mm，所述两介电基板12、14均由聚四氟乙烯玻璃纤维布层压板(F4B)制成，且所述两介电基板12、14的厚度相等，均为2mm；所述人工微结构18的圆环182和每条直线段184均是由铜制成的金属线，且R＝0.9mm，W＝0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料基站天线罩，其特征在于，所述超材料基站天线罩包括用于形成容置基站天线的空腔的超材料板材，每一超材料板材包括至少一超材料片层，每个超材料片层包括一第一介电基板和排布于所述第一介电基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括一圆环和三条自所述圆环的中心点延伸至所述圆环的圆周的直线段。

【技术特征摘要】
1.一种超材料基站天线罩，其特征在于，所述超材料基站天线罩包括用于形成容置基站天线的空腔的超材料板材，每一超材料板材包括至少一超材料片层，每个超材料片层包括一第一介电基板和周期性排布于所述第一介电基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括一圆环和三条自所述圆环的中心点延伸至所述圆环的圆周的直线段；其中，每个人工微结构的两相邻直线段之间的夹角为120°。2.根据权利要求1所述的超材料基站天线罩，其特征在于，每个人工微结构的圆环的半径为0.5～1.0mm。3.根据权利要求2所述的超材料基站天线罩，其特征在于，每个人工微结构的三条直线段的宽度均相等。4.根据权利要求3所述的超材料基站天线罩，其特征在于，每个人工微结构的圆环的宽度等于三条直线段的宽度。5.根据权利要求4所述的超材料基站天线罩，其特征在于，每个人工微结构的圆环和三条直线段的...

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