本發(fā)明涉及超材料，更具體地說，涉及一種具有全新設(shè)計的人工微結(jié)構(gòu)的超材料及由超材料制成的天線罩。

背景技術(shù)：
超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)前，人們是在介質(zhì)基板上周期性地排列具有一定幾何形狀的人工微結(jié)構(gòu)來形成超材料。一般，人工微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸介于所需響應(yīng)的入射電磁波波長的五分之一到十分之一之間。由于人們可以利用人工微結(jié)構(gòu)的幾何形狀和尺寸以及排布方式來改變超材料空間各點的介電常數(shù)和/或磁導(dǎo)率，使其產(chǎn)生預(yù)期的電磁響應(yīng)，以控制電磁波的傳播，故而，在多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，成為各國科研人員爭相研究的熱點領(lǐng)域之一。目前，人們已經(jīng)開展了超材料作為透波材料的應(yīng)用研究，特別是在用超材料來制作天線罩方面。我們知道，天線罩是罩設(shè)于天線的外面，用于保護(hù)天線的，使其免受外界惡劣環(huán)境的影響。這樣，電磁波需要穿過天線罩而被天線所接收或傳播出去，這就要求天線罩具有良好的透波性能，盡量減少對電磁波的損耗，而且反射小。此外，對于只是定向收發(fā)特定頻率的電磁波的天線來說，天線罩則只需要讓該特定頻率的電磁波穿過即可，對于其他頻率的電磁波則可由天線罩過濾掉，也即選擇性透波，這樣可避免雜訊對天線的干擾，提高了天線收發(fā)信號的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有選擇性透波功能的超材料及由所述超材料制成的天線罩。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種超材料，包括至少一個超材料片層，每個超材料片層包括中間層和兩分別覆蓋于所述中間層的兩相對表面的包覆層，所述中間層包括一介質(zhì)基板及附著于所述介質(zhì)基板的兩相對表面的多個人工微結(jié)構(gòu)，每個人工微結(jié)構(gòu)大致呈“I”字形；位于所述介質(zhì)基板的兩個相對表面上對應(yīng)位置的人工微結(jié)構(gòu)組成一對，由每對人工微結(jié)構(gòu)及其所在的介質(zhì)基板部分組成一個超材料單元，每對人工微結(jié)構(gòu)中的任一人工微結(jié)構(gòu)繞以垂直于所述介質(zhì)基板并通過其所在的超材料單元的中心的直線為軸旋轉(zhuǎn)90度或270度后與另一人工微結(jié)構(gòu)重疊。優(yōu)選地，每個人工微結(jié)構(gòu)包括至少兩第一方環(huán)和將所述兩第一方環(huán)連接在一起的第一直線。優(yōu)選地，每個人工微結(jié)構(gòu)還包括兩第二方環(huán)和將所述兩第二方環(huán)分別連接于所述兩第一方環(huán)的兩第二直線。優(yōu)選地，所述第一直線與所述兩第二直線共線。優(yōu)選地，所述第一直線和所述兩第二直線分別位于所述兩第一方環(huán)、第二方環(huán)的相應(yīng)邊的中點。優(yōu)選地，所述兩第一方環(huán)和第二方環(huán)的幾何尺寸均相等。優(yōu)選地，所述第一直線和所述兩第二直線分別位于所述兩第一方環(huán)、第二方環(huán)的長邊的中點。優(yōu)選地，所述介質(zhì)基板由聚四氟乙烯制成，而所述兩包覆層由聚丙烯制成。優(yōu)選地，所述人工微結(jié)構(gòu)周期性地排布于所述介質(zhì)基板的兩相對表面。一種天線罩，用于罩設(shè)天線以保護(hù)天線，所述天線罩由超材料制成，所述超材料包括至少一個超材料片層，每個超材料片層包括中間層和兩分別覆蓋于所述中間層的兩相對表面的包覆層，所述中間層包括一介質(zhì)基板及附著于所述介質(zhì)基板的兩相對表面的多個人工微結(jié)構(gòu)，每個人工微結(jié)構(gòu)大致呈“I”字形；位于所述介質(zhì)基板的兩個相對表面上對應(yīng)位置的人工微結(jié)構(gòu)組成一對，由每對人工微結(jié)構(gòu)及其所在的介質(zhì)基板部分組成一個超材料單元，每對人工微結(jié)構(gòu)中的任一人工微結(jié)構(gòu)繞以垂直于所述介質(zhì)基板并通過其所在的超材料單元的中心的直線為軸旋轉(zhuǎn)90度或270度后與另一人工微結(jié)構(gòu)重疊。本發(fā)明的超材料及由超材料制成的天線罩具有以下有益效果：由于具有所述人工微結(jié)構(gòu)的超材料可讓一定頻段的電磁波高效通過、而過濾掉另一頻段的電磁波，具有選擇性透波的功能，由此可見，由其制成的天線罩也具有選擇性透波的性能。附圖說明下面將結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的超材料的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的中間層的人工微結(jié)構(gòu)周期性地排布于介質(zhì)基板的一個表面上的示意圖；圖3是本發(fā)明的中間層的人工微結(jié)構(gòu)周期性地排布于介質(zhì)基板的另一個相對表面上的示意圖；圖4是本發(fā)明的人工微結(jié)構(gòu)的平面示意圖；圖5是由本發(fā)明的一具體幾何尺寸人工微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的超材料的反射系數(shù)、透射系數(shù)隨電磁波頻率變化的仿真示意圖；圖6是圖5中12.79-24.27GHz頻段的放大圖；圖7是本發(fā)明的天線罩罩設(shè)于一天線時的示意圖。圖中各標(biāo)號對應(yīng)的名稱為：10超材料片層、12中間層、122介質(zhì)基板、124人工微結(jié)構(gòu)、1242第一直線、1244方環(huán)、1246第二直線、126超材料單元、14包覆層、20天線罩、30電磁波發(fā)射源具體實施方式如圖1所示，為本發(fā)明提供的超材料。所述超材料包括一超材料片層10，所述超材料片層10包括中間層12和兩分別覆蓋于所述中間層12的兩相對表面的包覆層14。所述中間層12包括一介質(zhì)基板122及附著于所述介質(zhì)基板122的兩相對表面的多個人工微結(jié)構(gòu)124。這樣，由于所述兩包覆層14分別覆蓋于所述中間層12的兩相對表面而將所述人工微結(jié)構(gòu)124保護(hù)起來，所述人工微結(jié)構(gòu)124可免受外界惡劣環(huán)境的影響而致其磨損乃至剝離脫落。所述介質(zhì)基板122及兩包覆層14可由任何具有高介電常數(shù)或低介電常數(shù)的高分子聚合物制成，且所述介質(zhì)基板122與所述兩包覆層14既可以均采用同一種材料制成，也可以分別采用不同的材料制成，而所述介質(zhì)基板122還可由陶瓷材料制成，所述兩包覆層14的厚度既可以相等，也可以不相等。本實施例中，所述介質(zhì)基板122是由聚四氟乙烯(F4B)制成，而所述兩包覆層14均是由聚丙烯(PP)制成，且所述兩包覆層14的厚度相等。如圖2和圖3所示，所述中間層12的介質(zhì)基板122的兩個相對表面上均附著有多個人工微結(jié)構(gòu)124，位于所述介質(zhì)基板122的兩個相對表面上對應(yīng)位置的人工微結(jié)構(gòu)124組成一對，而我們一般將每對人工微結(jié)構(gòu)124及其所在的介質(zhì)基板122部分人為定義為一個超材料單元126，每個超材料單元126的幾何尺寸小于所需響應(yīng)的電磁波波長的五分之一，優(yōu)選為十分之一；每對人工微結(jié)構(gòu)124的幾何尺寸應(yīng)與相應(yīng)超材料單元126的幾何尺寸屬于同一數(shù)量級。每對人工微結(jié)構(gòu)124中位于所述介質(zhì)基板122的任一表面上的人工微結(jié)構(gòu)124繞以垂直于所述介質(zhì)基板122并通過其所在的超材料單元126的中心的直線為軸旋轉(zhuǎn)90度或270度后與另一表面上的人工微結(jié)構(gòu)124重疊。每個人工微結(jié)構(gòu)124通常為由金屬線如銅線或者銀線等構(gòu)成的具有一定拓?fù)湫螤畹钠矫?二維)或立體(三維)結(jié)構(gòu)，其中，金屬線的截面可以為扁平狀或其他任意形狀，如圓柱狀。圖2和圖3中所示的人工微結(jié)構(gòu)124均是由具有扁平狀截面的金屬線構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)，并呈周期性排布，也即，所述人工微結(jié)構(gòu)124是周期性地排布于所述介質(zhì)基板122的兩個相對表面上的，而由相應(yīng)表面的包覆層14覆蓋而被保護(hù)起來。請參考圖4，為本發(fā)明的人工微結(jié)構(gòu)124的一個實施例。每個人工微結(jié)構(gòu)124大致呈“I”字形，其包括兩第一方環(huán)1242、兩第二方環(huán)1244和將所述兩第一方環(huán)1242連接在一起的一第一直線1246、將所述兩第一方環(huán)1242分別連接于所述兩第二方環(huán)1244的兩第二直線1248。所述第一直線1246與所述兩第二直線1248共線且分別位于所述兩第一方環(huán)1242、第二方環(huán)1244的相應(yīng)邊的中點。圖4中，所述兩第一方環(huán)1242和第二方環(huán)1244均大致呈長方形且其幾何尺寸均相等，而所述第一直線1246、兩第二直線1248分別位于所述兩第一方環(huán)1242、第二方環(huán)1244的長邊的中點，且所述兩第一方環(huán)1242和第二方環(huán)1244均是由金屬線圍合而成，而所述第一直線1246、兩第二直線1248亦是金屬線。為了使得所述超材料的波阻抗與空氣的波阻抗相匹配，以便電磁波穿過時反射小、透射多也即損耗小，我們可事先利用CST等電腦仿真軟件并根據(jù)需要響應(yīng)的電磁波的波長來不斷調(diào)節(jié)所述人工微結(jié)構(gòu)124的幾何尺寸，如所述兩第一方環(huán)1242、第二方環(huán)1244的長邊、短邊和長寬比以及所述第一直線1246、兩第二直線1248的長度等，從而使所述介質(zhì)基板122所使用的材料不論是高介電常數(shù)的還是低介電常數(shù)的，均可以調(diào)節(jié)至與空氣的波阻抗相匹配(因為波阻抗，其中，μ為磁導(dǎo)率、ε為介電常數(shù))，并監(jiān)測由具有各種具體幾何尺寸的人工微結(jié)構(gòu)124所構(gòu)成的超材料單元126對電磁波的反射和透射，從中選出波阻抗與空氣的波阻抗相匹配也即對電磁波反射小、而可讓某一頻段的電磁波透過、過濾掉另一頻段的電磁波的人工微結(jié)構(gòu)124，也即找到一種具有選擇性透波的人工微結(jié)構(gòu)124，這樣，我們即可以此具體幾何尺寸的人工微結(jié)構(gòu)124通過如蝕刻、電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻等任何合適的加工工藝附著于所述介質(zhì)基板122的兩個相對表面上，從而制得超材料。此外，也可以采用三維的激光加工工藝。為了檢測具有上述人工微結(jié)構(gòu)124的超材料對電磁波的電磁響應(yīng)，我們以具有某一具體幾何尺寸的人工微結(jié)構(gòu)124制成的超材料為樣品進(jìn)行了仿真測試，結(jié)果如圖5和圖6所示，其中實線代表電磁波的透射、虛線代表電磁波的反射。從圖可知，由該種具有具體幾何尺寸的人工微結(jié)構(gòu)124制成的超材料在12.79GHz至24.27GHz的頻率范圍具有良好的透波性能，且在11.48GHz這么寬的頻帶范圍內(nèi)其透射系數(shù)均大于-0.1dB，也即在超寬頻范圍內(nèi)具有高透波率；而在8.4GHz時，透射系數(shù)最小，也即8.4GHz的電磁波會被所述超材料過濾掉?？梢?，本發(fā)明的超材料由于其波阻抗與空氣的波阻抗相匹配而具有選擇性透波且透波率高、透波頻帶寬的電磁性能。另外，我們可根據(jù)實際需要來靈活調(diào)節(jié)所述人工微結(jié)構(gòu)124的幾何尺寸而使不同頻段的電磁波透過而讓其他頻段的電磁被過濾掉。也即，根據(jù)實際工作頻率的不同來靈活改變所述人工微結(jié)構(gòu)124的幾何尺寸。所述超材料可包括多片由所述人工微結(jié)構(gòu)124制成的超材料片層10，多層所述超材料片層10可沿垂直于片層表面的方向直接前、后表面相粘接而疊加在一起。請參考圖7，為本發(fā)明的天線罩20，用于保護(hù)天線，如圖中的電磁波發(fā)射源30。所述天線罩20是由本發(fā)明的超材料制成的。這樣，所述天線罩20不僅具有所述超材料的良好的選擇透波且透波率高、反射小等電磁性能，而且由于所述超材料的人工微結(jié)構(gòu)124被所述兩包覆層14保護(hù)起來，不易磨損和脫落，保證了所述天線罩20的電磁性能的穩(wěn)定。本實施例中的天線罩20呈彎曲形狀，其是通過熱壓平板型超材料而形成。另外，也可使用軟性的介質(zhì)基板來制得可彎曲的超材料或者將多塊平板型超材料拼接在一起，以便形成各種形狀的天線罩20。而且可根據(jù)所述天線罩20需要承重的情況，將多片超材料片層10疊加在一起來增強(qiáng)天線罩20的機(jī)械強(qiáng)度，使其更堅固耐用。這時，既可將多個超材料片層10兩兩相互之間直接前、后表面相貼合在一起，如圖7所示，也可將多個超材料片層10等間距地排列組裝在一起。同時，需要考慮增加所述天線罩20的厚度后對電磁波的損耗等影響。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實施方式和/或?qū)嵤├?，不?yīng)當(dāng)構(gòu)成對本發(fā)明的限制。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明基本思想的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，如每個人工微結(jié)構(gòu)124還可包括兩第三方環(huán)和將所述兩第三方環(huán)分別連接于所述兩第二方環(huán)1244的兩第三直線，并依次類推；而每個人工微結(jié)構(gòu)124的方環(huán)的各個轉(zhuǎn)角處以及各個方環(huán)與相應(yīng)直線的連接處可為直角，也可為圓弧，而這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。