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(diǎn)的相對介電常數(shù)和/或相對磁導(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(diǎn)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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種透波率高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貼合在一起的兩介質(zhì)基板和置于所述兩介質(zhì)基板之間而由所述兩介質(zhì)基板覆蓋的多個人工微結(jié)構(gòu)，每一人工微結(jié)構(gòu)包括相互正交的兩分支，每一分支包括相互平行的第一直線和第二直線以及位于所述第一直線和第二直線之間并與所述第一直線和第二直線垂直相連的第三直線；每一分支的第三直線靠近相連的第一直線和第二直線的兩端部分呈扭曲狀，且扭曲的橫向跨度等于所述第一直線和第二直線的長度。優(yōu)選地，每一人工微結(jié)構(gòu)的任一分支的第三直線靠近相連的第一直線和第二直線的兩端部分沿垂直于所述第三直線的方向來回彎曲而呈扭曲狀。優(yōu)選地，每一人工微結(jié)構(gòu)的任一分支的第三直線靠近相連的第一直線和第二直線的兩端部分沿既不平行于所述第三直線也不垂直于所述第三直線的方向來回彎曲而呈扭曲狀。優(yōu)選地，每一人工微結(jié)構(gòu)的任一分支的第一直線、第二直線和第三直線是銅線。優(yōu)選地，每一人工微結(jié)構(gòu)的任一分支的第一直線和第二直線的長度。優(yōu)選地，所述人工微結(jié)構(gòu)周期性地排布于所述兩介質(zhì)基板之間。優(yōu)選地，所述超材料片層的阻抗接近于或等于空氣的阻抗。優(yōu)選地，每個人工微結(jié)構(gòu)及所述人工微結(jié)構(gòu)所在的兩介質(zhì)基板部分一起形成一個超材料單元，所述超材料單元的相對介電常數(shù)較低。優(yōu)選地，所述兩介質(zhì)基板由聚四氟乙烯制成。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貼合在一起的兩介質(zhì)基板和置于所述兩介質(zhì)基板之間而由所述兩介質(zhì)基板覆蓋的多個人工微結(jié)構(gòu)，每一人工微結(jié)構(gòu)包括相互正交的兩分支，每一分支包括相互平行的第一直線和第二直線以及位于所述第一直線和第二直線之間并與所述第一直線和第二直線垂直相連的第三直線；每一分支的第三直線靠近相連的第一直線和第二直線的兩端部分呈扭曲狀，且扭曲的橫向跨度等于所述第一直線和第二直線的長度。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：由所述人工微結(jié)構(gòu)制得的超材料，其阻抗與空氣的阻抗相匹配，當(dāng)電磁波從空氣入射所述超材料時，不僅反射小，而且損耗小、傳輸效率高，從而提高了所述超材料的透波率，那么由所述超材料制成的天線罩也具有高透波率。附圖說明下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)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)明的由人工微結(jié)構(gòu)周期性排布形成的結(jié)構(gòu)層的平面示意圖；圖3是本發(fā)明的人工微結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的平面示意圖；圖4是圖3中的人工微結(jié)構(gòu)的一個分支的放大示意圖；圖5是本發(fā)明的人工微結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例的平面示意圖；圖6是圖5中的人工微結(jié)構(gòu)的一個分支的放大示意圖；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、14介質(zhì)基板、16結(jié)構(gòu)層、18人工微結(jié)構(gòu)、182分支、184第一直線、186第二直線、188第三直線、20天線罩、30電磁波發(fā)射源具體實(shí)施方式如圖1所示，為本發(fā)明提供的超材料。所述超材料包括至少一超材料片層10，所述超材料片層10包括貼合在一起的兩介質(zhì)基板12、14和置于所述兩介質(zhì)基板12、14之間而由所述兩介質(zhì)基板12、14覆蓋的結(jié)構(gòu)層16。本實(shí)施例中，所述兩介質(zhì)基板12、14均是由聚四氟乙烯(F4B)制成的。在其他實(shí)施例中，所述兩介質(zhì)基板12、14也可由其他聚合物制成，或者由陶瓷材料制成。如圖2所示，所述結(jié)構(gòu)層16包括多個人工微結(jié)構(gòu)18。每個人工微結(jié)構(gòu)18通常是由金屬線構(gòu)成的具有一定拓?fù)湫螤畹钠矫婊蛄Ⅲw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中所示的人工微結(jié)構(gòu)18是由具有扁平狀截面的金屬線構(gòu)成的平面結(jié)構(gòu)，并呈周期性分布。也即，所述人工微結(jié)構(gòu)18是周期性地排布于所述兩介質(zhì)基板12、14之間的，并由所述兩介質(zhì)基板12、14覆蓋。一般，我們將每個人工微結(jié)構(gòu)18及其所在的兩介質(zhì)基板12、14部分人為定義為一個超材料單元，而所述人工微結(jié)構(gòu)18的幾何尺寸應(yīng)與所述超材料單元的幾何尺寸屬于同一數(shù)量級。為了降低電磁波在入射所述超材料時的反射，就要讓所述超材料片層10的阻抗接近于或等于空氣的阻抗，也即，與空氣的阻抗相匹配。我們知道，阻抗公式為其中，μ為相對磁導(dǎo)率、ε為相對介電常數(shù)。一般，空氣的相對介電常數(shù)ε和相對磁導(dǎo)率μ均略大于1，實(shí)際中常常近似取值為1，故由上述阻抗公式可得，空氣的阻抗Z近似為1。對于所述超材料片層10來說，鑒于空間各點(diǎn)也即各個超材料單元的相對介電常數(shù)ε和相對磁導(dǎo)率μ的易改變性，我們可用開口的諧振環(huán)來調(diào)節(jié)每個超材料單元的相對介電常數(shù)ε，以使所述超材料片層10的各個超材料單元的相對介電常數(shù)ε盡量小，最好接近于1，而讓各個超材料單元的相對磁導(dǎo)率μ約等于1，保持不變。本實(shí)施例中，我們以一個具體形狀的人工微結(jié)構(gòu)18來實(shí)現(xiàn)。請參考圖3和圖4，為本發(fā)明的人工微結(jié)構(gòu)18的第一實(shí)施例。所述人工微結(jié)構(gòu)18大致呈扭曲雪花狀，其以垂直于通過交點(diǎn)的直線為軸順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)90度、180度、270度和360度后均與初始位置的人工微結(jié)構(gòu)18重合。所述人工微結(jié)構(gòu)18包括相互正交的兩分支182，每一分支182包括相互平行的第一直線184和第二直線186以及位于所述第一直線184和第二直線186之間并與所述第一直線184和第二直線186垂直相連的第三直線188；所述第一直線184和第二直線186的長度L相等。每一分支182的第三直線188靠近相連的第一直線184和第二直線186的兩端部分沿垂直于所述第三直線188的方向來回彎曲而呈扭曲狀，且扭曲的橫向跨度D(垂直于所述第三直線188)等于所述第一直線184和第二直線186的長度L。每一人工微結(jié)構(gòu)18的兩分支182的第三直線188相互正交，讓任一分支182的第一直線184和第二直線186均平行于另一分支182的第三直線188。請參考圖5和圖6，為本發(fā)明的人工微結(jié)構(gòu)18的第二實(shí)施例，其與第一實(shí)施例的人工微結(jié)構(gòu)的不同在于，所述人工微結(jié)構(gòu)18的任一分支182的第三直線188靠近相連的第一直線184和第二直線186的兩端部分沿既不平行于所述第三直線188也不垂直于所述第三直線188的方向來回彎曲，且扭曲的橫向跨度D(垂直于所述第三直線188)等于所述第一直線184和第二直線186的長度L。本發(fā)明的上述兩實(shí)施例中的第一直線184、第二直線186和第三直線188均是銅線。要使所述超材料片層10的各個超材料單元的相對介電常數(shù)ε盡量小，我們可先在電腦仿真軟件如CST上根據(jù)需要響應(yīng)的電磁波的波長來不斷調(diào)節(jié)所述三角環(huán)形結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，如各條金屬線的寬度及長短尺寸等，直至得到能使各個超材料單元的相對介電常數(shù)ε最小并接近于1的幾何尺寸。據(jù)此，即可制得阻抗接近于或等于空氣的阻抗的所述超材料片層10，讓所述超材料的阻抗與空氣的阻抗相匹配，也形成“固態(tài)空氣”，不僅電磁波從空氣入射所述超材料時反射小，而且由于電磁波在所述超材料中傳播像在空氣中傳播一樣，損耗小、傳輸效率高，因此，透波率高。此外，所述超材料也可由多層所述超材料片層10疊加而成。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，由于所述人工微結(jié)構(gòu)18被所述介質(zhì)基板12、14保護(hù)起來，不易脫落和磨損，這樣，可保持穩(wěn)定的電磁性能。本實(shí)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片層10形成的。在其他實(shí)施例中，也可使用軟性的介質(zhì)基板來制得可彎曲的超材料片層10，或者將多塊平板型超材料片層10拼接在一起，而形成各種形狀的天線罩20。另外，根據(jù)所述天線罩20需要承重的情況，可將多片超材料片層10疊加在一起來增加所述天線罩20的厚度，這樣不僅不會造成電磁波的損耗，而且可增強(qiáng)所述天線罩20的機(jī)械強(qiáng)度，使其更堅(jiān)固耐用。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實(shí)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，而這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。