專(zhuān)利名稱(chēng)：一種天線防護(hù)罩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線防護(hù)罩，尤其涉及一種利用超材料技術(shù)制成的具有阻抗匹配功能的天線防護(hù)罩。
背景技術(shù)：
移動(dòng)通信時(shí)現(xiàn)代信息傳輸和交流的重要系統(tǒng)之一，隨著業(yè)務(wù)量不斷增加、城市的不斷發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋在不斷擴(kuò)大和完善；隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展，移動(dòng)通信越來(lái)越面向大眾?；咎炀€是移動(dòng)通信天饋系統(tǒng)的重要組成部分，它如同整個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)的觸角，在通信過(guò)程中起著舉足輕重的作用。由于基站天線的重要作用使得基站天線必須在各 種惡劣環(huán)境例如強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)雨、高溫下仍然需要正常工作。通常情況下，為了保護(hù)基站天線，需要在基站天線外面增設(shè)天線防護(hù)罩。但是隨著天線防護(hù)罩的加入，從天線向自由空間發(fā)射的電磁波或者從自由空間向天線發(fā)射的電磁波均會(huì)被防護(hù)罩反射一部分，使信號(hào)質(zhì)量被減弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足提出一種具有阻抗匹配功能、增強(qiáng)電磁波透過(guò)性的天線防護(hù)罩。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，提出一種天線防護(hù)罩，其包括基層、對(duì)稱(chēng)附著于該基層相對(duì)兩側(cè)表面的第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層，該第一阻抗匹配層包括第一首位超材料片層和第一末位超材料片層以及堆疊于該第一首位超材料片層和該第一末位超材料片層之間的多個(gè)第一中間超材料片層，該該第二阻抗匹配層包括第二首位超材料片層和第二末位超材料片層以及堆疊于該第二首位超材料片層和該第二末位超材料片層之間的多個(gè)第二中間超材料片層；該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的阻抗均由自由空間的阻抗逐漸變化到該基層的阻抗，且該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的阻抗等于自由空間阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的阻抗等于該基層的阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層附著于該基層相對(duì)兩側(cè)表面。該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的每個(gè)超材料片層均包括基材和附著于該基材上的多個(gè)相同的人造金屬微結(jié)構(gòu)，各個(gè)超材料片層上附著的人造金屬微結(jié)構(gòu)均具有相同的幾何形狀且尺寸逐漸變化；該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸最大，該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸最小。該人造金屬微結(jié)構(gòu)包括第一金屬分支和分別連接在第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支。該人造金屬微結(jié)構(gòu)還包括分別連接在該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支、分別連接在該第三金屬分支兩端且垂直于該第三金屬分支的第四金屬分支，依此類(lèi)推。該第二金屬分支的長(zhǎng)度小于該第一金屬分支，該第三金屬分支的長(zhǎng)度小于該第二金屬分支，該第四金屬分支的長(zhǎng)度小于該第三金屬分支，依此類(lèi)推。每個(gè)該人造金屬微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支、分別連接在每個(gè)該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個(gè)該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類(lèi)推。每個(gè)該人造金屬微結(jié)構(gòu)包括在三維空間內(nèi)兩兩垂直且共一交點(diǎn)的三個(gè)第一金屬分支、分別連接在每個(gè)該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個(gè)該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類(lèi)推。 該人造金屬微結(jié)構(gòu)通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻附著于該基材上。該基材為陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料。本發(fā)明天線防護(hù)罩在基層兩側(cè)設(shè)置有超材料片層堆疊而成的阻抗匹配層使得天線防護(hù)罩具有很好的電磁透過(guò)性，天線防護(hù)罩內(nèi)部的天線在接收和發(fā)射電磁波時(shí)，電磁波通過(guò)該天線防護(hù)罩不再發(fā)生反射，提高了信號(hào)的質(zhì)量。


圖I為本發(fā)明一種天線防護(hù)罩剖視圖；圖2為本發(fā)明一種天線防護(hù)罩阻抗與天線厚度的d-Z關(guān)系圖；圖3為本發(fā)明一種天線防護(hù)罩一部分的結(jié)構(gòu)示意圖，其中第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層被分層剖視；圖4為本發(fā)明一種天線防護(hù)罩超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)的第一較佳拓?fù)鋱D案；圖5為圖4所不人造金屬微結(jié)構(gòu)第一較佳拓?fù)鋱D案的衍生拓?fù)鋱D案；圖6為圖5所不人造金屬微結(jié)構(gòu)衍生拓?fù)鋱D案的進(jìn)一步衍生拓?fù)鋱D案；圖7為本發(fā)明一種天線防護(hù)罩超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)的第二較佳拓?fù)鋱D案；圖8為圖7所示人造金屬微結(jié)構(gòu)第二較佳拓?fù)鋱D案的衍生拓?fù)鋱D案；圖9為圖8所不人造金屬微結(jié)構(gòu)衍生拓?fù)鋱D案的進(jìn)一步衍生拓?fù)鋱D案；圖10為本發(fā)明一種天線防護(hù)罩超材料片層內(nèi)部附著有三維拓?fù)鋱D案的人造金屬微結(jié)構(gòu)的立體示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖I為本發(fā)明天線防護(hù)罩的剖視圖。天線1000設(shè)置于天線防護(hù)罩內(nèi)部用以接收或發(fā)射電磁波。天線防護(hù)罩的形狀并不以圖中所示形狀為限，可根據(jù)實(shí)際需要構(gòu)成正方體、長(zhǎng)方體、橢圓形等各種形狀。本發(fā)明天線防護(hù)罩包括基層10，對(duì)稱(chēng)設(shè)置于基層10兩側(cè)表面的第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30。第一阻抗匹配層10和第二阻抗匹配層30在各自靠近自由空間一側(cè)的阻抗等于自由空間阻抗，各自靠近基層IO —側(cè)的阻抗等于基層10的阻抗，從自由空間阻抗到基層10的阻抗呈線性逐漸變化。阻抗變化趨勢(shì)如圖2所示。圖2中，Cltl即為第一阻抗匹配層厚度，Cl1-Cl0為基層厚度，Cl2-Cl1為第二阻抗匹配層厚度，Ztl為自由空間阻抗值，Zn為基層阻抗值。下面請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明天線防護(hù)罩一部分的結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)天線防護(hù)罩可看成由多個(gè)該部分組成所需的形狀。其中，第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30被分層剖視以便更清楚地表示第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30均由多個(gè)超材料片層疊加而成，圖中超材料片層層數(shù)僅為示意性的，并非用以限定本發(fā)明的超材料片層層數(shù)。其中第一阻抗匹配層20和第二阻抗匹配層30各自靠近自由空間一側(cè)的超材料片層為第一首位超材料片層201和第二首位超材料片層301，各自靠近基層10的超材料片層為第一末位超材料片層202和第二末位超材料片層302。第一首位超材料片層201和第二首位超材料片層301、第一末位超材料片層202和第二末位超材料片層302、堆疊于第一首位超材料片層201和第一末位超材料片層202之間的多個(gè)第一中間超材料片層與堆疊于第二首位超材料片層301和第二末位超材料片層302之間的多個(gè)第二中間超材料片層均以基層10對(duì)稱(chēng)面對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
·
每個(gè)超材料片層均包括基材以及附著于基材上的多個(gè)人造金屬微結(jié)構(gòu)。各個(gè)人造金屬微結(jié)構(gòu)在基材上的排布間隔應(yīng)為入射電磁波波長(zhǎng)的1/5至1/10以便對(duì)入射電磁波產(chǎn)生連續(xù)的電磁響應(yīng)。本發(fā)明中，各個(gè)超材料片層上的人造金屬微結(jié)構(gòu)幾何形狀均相同，單一超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)幾何形狀和尺寸均相同，不同超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸不同，且第一首位超材料片層201和第二首位超材料片層301的人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸最大，第一末位超材料片層202和第二末位超材料片層302的人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸最小，中間各層的人造金屬微結(jié)構(gòu)的尺寸由最小向最大逐漸變化。在基材上附著人造金屬微結(jié)構(gòu)可通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻等多種方法。其中蝕刻是較優(yōu)的制造工藝，其步驟是在設(shè)計(jì)好合適的人造金屬微結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋱D案后，先將一張金屬箔片整體地附著在基材上，然后通過(guò)蝕刻設(shè)備，利用溶劑與金屬的化學(xué)反應(yīng)去除掉人造金屬微結(jié)構(gòu)預(yù)設(shè)圖案以外的箔片部分，余下的即可得到陣列排布的人造金屬微結(jié)構(gòu)。上述金屬箔片的材質(zhì)可以是銅、銀等金屬。基材由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料、鐵磁材料制得。在確定本發(fā)明天線防護(hù)罩內(nèi)天線的發(fā)射和接受頻段后，需要根據(jù)該頻段設(shè)計(jì)和調(diào)整各超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)的圖案和尺寸以便使得阻抗?jié)M足圖2所示的阻抗變化要求。請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4為本發(fā)明的超材料片層人造金屬微結(jié)構(gòu)的第一較佳拓?fù)鋱D案。其包括豎直的第一金屬分支101和分別連接在第一金屬分支101兩端且垂直于第一金屬分支101的第二金屬分支102。當(dāng)電磁波通過(guò)該人造金屬微結(jié)構(gòu)時(shí)第二金屬分支兩端分別聚集正負(fù)電荷形成等效電容，人造金屬微結(jié)構(gòu)本身等效為等效電感，根據(jù)阻抗公式Z =R+j L+l/jcoC，其中Z為阻抗、R為等效電阻、L為等效電感、C為等效電容，可知，調(diào)整第二金屬分支的面積和間隔可調(diào)整等效電容，調(diào)整人造金屬微結(jié)構(gòu)整體的大小可調(diào)整等效電感，進(jìn)而可調(diào)整超材料片層整體的阻抗。當(dāng)人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸越大時(shí)，其阻抗相應(yīng)的越大。圖5所示拓?fù)鋱D案是圖4所示人造金屬微結(jié)構(gòu)第一較佳拓?fù)鋱D案的衍生，其不僅包括構(gòu)成“工”字形的第一金屬分支101和第二金屬分支102，還包括分別連接在第二金屬分支102兩端且垂直于第二金屬分支102的第三金屬分支103 ；
圖6所示拓?fù)鋱D案則是圖5所示拓?fù)鋱D案的進(jìn)一步衍生,其圖5的基礎(chǔ)上還包括分別連接在第三金屬分支103兩端且垂直于第三金屬分支103的第四金屬分支104。依此類(lèi)推，本發(fā)明的對(duì)電場(chǎng)響應(yīng)的人造金屬微結(jié)構(gòu)圖案還有無(wú)窮多個(gè)。第二金屬分支102的長(zhǎng)度小于第一金屬分支101,第三金屬分支103的長(zhǎng)度小于第二金屬分支102,第四金屬分支104的長(zhǎng)度小于第三金屬分支103，依此類(lèi)推。其中，每個(gè)第一金屬分支101只與第二金屬分支102相連接,不與其他任何金屬分支相交；任意第N金屬分支只與第(N-I)金屬分支和第(N+1)金屬分支相交連接,不予其他任何金屬分支相交，這里N大于等于2。圖7為本發(fā)明的超材料片層人造金屬微結(jié)構(gòu)的第二較佳拓?fù)鋱D案，其包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支201、分別連接在每個(gè)第一金屬分支201兩端且垂直于第一金屬分支201的第二金屬分支202。圖8和圖9是圖7所示的人造金屬微結(jié)構(gòu)第二較佳拓?fù)鋱D案的衍生。圖8所示的金屬分支除具有圖7所示的第一金屬分支201和第二金屬分支202外，還包括分別連接在 每個(gè)第二金屬分支202兩端且垂直于第二金屬分支202的第三金屬分支203。圖9所示的金屬分支除具有圖8所示的第一金屬分支201、第二金屬分支202以及第三金屬分支203夕卜，還包括分別連接在每個(gè)第三金屬分支203兩端且垂直于第三金屬分支203的第四金屬分支204。本發(fā)明人造金屬微結(jié)構(gòu)第二較佳拓?fù)鋱D案還可包括分別連接在每個(gè)第四金屬分支204兩端且垂直于第四金屬分支204的第五金屬分支，依此類(lèi)推。上述圖5、圖6、圖7、圖8、圖9均可視為圖4所示“工”字形人造金屬微結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D案的衍生，設(shè)計(jì)該些衍生圖案可達(dá)到下列有益效果(I)由于人造金屬微結(jié)構(gòu)需對(duì)電磁波產(chǎn)生響應(yīng)，因此人造金屬微結(jié)構(gòu)的金屬分支需在電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向有投影，衍生圖案的金屬分支越多其能響應(yīng)的電磁波方向就越多；(2)愈多的衍生金屬分支其對(duì)應(yīng)的可調(diào)節(jié)人造金屬微結(jié)構(gòu)電磁參數(shù)的參量就愈多，在大規(guī)模計(jì)算技術(shù)的支持下，越容易達(dá)到本發(fā)明目的。本發(fā)明還提出一種三維人造金屬微結(jié)構(gòu)，該三維人造金屬微結(jié)構(gòu)周期排列于基材內(nèi)部，如圖10所示，其集合了上述圖4至圖9的衍生圖案，同時(shí)具有圖5至圖9的有益效果并能對(duì)三維空間各方向的電磁波均能產(chǎn)生電磁響應(yīng)。該人造金屬微結(jié)構(gòu)包括在三維空間共交點(diǎn)兩兩垂直的三個(gè)第一金屬分支301、分別連接在每個(gè)第一金屬分支301兩端且垂直于第一金屬分支301的第二金屬分支302。在大規(guī)模計(jì)算技術(shù)的支持下，金屬分支的衍生可是無(wú)窮的，在此不再贅述。以上所述是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種天線防護(hù)罩，其特征在于包括基層、對(duì)稱(chēng)附著于該基層相對(duì)兩側(cè)表面的第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層，該第一阻抗匹配層包括第一首位超材料片層和第一末位超材料片層以及堆疊于該第一首位超材料片層和該第一末位超材料片層之間的多個(gè)第一中間超材料片層，該該第二阻抗匹配層包括第二首位超材料片層和第二末位超材料片層以及堆疊于該第二首位超材料片層和該第二末位超材料片層之間的多個(gè)第二中間超材料片層；該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的阻抗均由自由空間的阻抗逐漸變化到該基層的阻抗，且該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的阻抗等于自由空間阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的阻抗等于該基層的阻抗，該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層附著于該基層相對(duì)兩側(cè)表面。
2.如權(quán)利要求I所述的天線防護(hù)罩，其特征在于該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的每個(gè)超材料片層均包括基材和附著于該基材上的多個(gè)相同的人造金屬微結(jié)構(gòu)，各個(gè)超材料片層上附著的人造金屬微結(jié)構(gòu)均具有相同的幾何形狀且尺寸逐漸變化；該第一末位超材料片層和該第二末位超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸最大，該第一首位超材料片層和該第二首位超材料片層的人造金屬微結(jié)構(gòu)尺寸最小。
3.如權(quán)利要求2所述的天線防護(hù)罩，其特征在于該人造金屬微結(jié)構(gòu)包括第一金屬分支和分別連接在第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支。
4.如權(quán)利要求3所述的天線防護(hù)罩，其特征在于該人造金屬微結(jié)構(gòu)還包括分別連接在該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支、分別連接在該第三金屬分支兩端且垂直于該第三金屬分支的第四金屬分支，依此類(lèi)推。
5.如權(quán)利要求4所述的天線防護(hù)罩，其特征在于該第二金屬分支的長(zhǎng)度小于該第一金屬分支，該第三金屬分支的長(zhǎng)度小于該第二金屬分支，該第四金屬分支的長(zhǎng)度小于該第三金屬分支，依此類(lèi)推。
6.如權(quán)利要求2所述的天線防護(hù)罩，其特征在于每個(gè)該人造金屬微結(jié)構(gòu)包括相互垂直而連接成“十”字形的兩個(gè)第一金屬分支、分別連接在每個(gè)該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個(gè)該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類(lèi)推。
7.如權(quán)利要求2所述的天線防護(hù)罩，其特征在于每個(gè)該人造金屬微結(jié)構(gòu)包括在三維空間內(nèi)兩兩垂直且共一交點(diǎn)的三個(gè)第一金屬分支、分別連接在每個(gè)該第一金屬分支兩端且垂直于該第一金屬分支的第二金屬分支、分別連接在每個(gè)該第二金屬分支兩端且垂直于該第二金屬分支的第三金屬分支，依此類(lèi)推。
8.如權(quán)利要求2所述的天線防護(hù)罩，其特征在于該人造金屬微結(jié)構(gòu)通過(guò)蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻附著于該基材上。
9.如權(quán)利要求2所述的天線防護(hù)罩，其特征在于該基材為陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種天線防護(hù)罩，其包括基層、對(duì)稱(chēng)附著于該基層相對(duì)兩側(cè)表面的第一阻抗匹配層和第二阻抗匹配層，該第一阻抗匹配層和該第二阻抗匹配層的設(shè)置使得天線防護(hù)罩整體的阻抗由自由空間的阻抗逐漸變化到基層阻抗在逐漸變化到自由空間阻抗。本發(fā)明可使得天線防護(hù)罩內(nèi)部的天線在接收和發(fā)射電磁波時(shí)，該電磁波經(jīng)過(guò)該天線防護(hù)罩時(shí)不發(fā)生發(fā)射，提高信號(hào)質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01Q1/42GK102790268SQ20111012770
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者劉若鵬, 張洋洋, 徐冠雄, 方能輝 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院