專利名稱：大角度透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及透波超材料，更具體地說(shuō)，涉及大角度透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超材料，俗稱超材料，是一種新型人工合成材料，是由非金屬材料制成的基板和附著在基板表面上或嵌入在基板內(nèi)部的多個(gè)人造微結(jié)構(gòu)構(gòu)成的?；蹇梢蕴摂M地劃分為矩形陣列排布的多個(gè)基板單元，每個(gè)基板單元上附著有人造微結(jié)構(gòu)，從而形成一個(gè)超材料單元，整個(gè)超材料是由很多這樣的超材料單元組成的，就像晶體是由無(wú)數(shù)的晶格按照一定的排布構(gòu)成的。每個(gè)超材料單元上的人造微結(jié)構(gòu)可以相同或者不完全相同。人造微結(jié)構(gòu)是由金屬絲組成的具有一定幾何圖形的平面或立體結(jié)構(gòu)，例如組成圓環(huán)形、工字形的金屬絲等。
由于人造微結(jié)構(gòu)的存在，每個(gè)超材料單元具有不同于基板本身的電磁特性，因此所有的超材料單元構(gòu)成的超材料對(duì)電場(chǎng)和磁場(chǎng)呈現(xiàn)出特殊的響應(yīng)特性；通過(guò)對(duì)人造微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的具體結(jié)構(gòu)和形狀，可以改變整個(gè)超材料的響應(yīng)特性。一般情況下，天線系統(tǒng)都會(huì)設(shè)置有天線罩。天線罩的目的是保護(hù)天線系統(tǒng)免受風(fēng)雨、冰雪、沙塵和太陽(yáng)輻射等的影響，使天線系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時(shí)減輕天線系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長(zhǎng)使用壽命。但是天線罩是天線前面的障礙物，對(duì)天線輻射波會(huì)產(chǎn)生吸收和反射，改變天線的自由空間能量分布，并在一定程度上影響天線的電氣性能。目前制備天線罩的材料多采用介電常數(shù)和損耗角正切低、機(jī)械強(qiáng)度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹(shù)脂、高分子聚合物等，材料的介電常數(shù)具有不可調(diào)節(jié)性。結(jié)構(gòu)上多為均勻單壁結(jié)構(gòu)、夾層結(jié)構(gòu)和空間骨架結(jié)構(gòu)等，罩壁厚度的設(shè)計(jì)需兼顧工作波長(zhǎng)、天線罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結(jié)構(gòu)上的性能等因素，較難達(dá)到高透波要求，即使在保證高透射率的條件下也不具備大角度透波功能。而且，天線罩的工作頻段較窄，在不同的頻段需求下需要更換天線罩，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源的重復(fù)使用，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)以及設(shè)備成本的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述透波性能較差、工作頻段較窄且不具備大角度透波功能的缺陷，提供一種大角度透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種大角度透波超材料，包括多個(gè)超材料片層，每一超材料片層包括基板和陣列排布在所述基板上的多個(gè)形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)；相鄰超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)形狀不同。在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，所述人造微結(jié)構(gòu)包括金屬貼片和十字形結(jié)構(gòu)；多個(gè)超材料片層的基板上依次間隔排布有金屬貼片和十字形結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，所述大角度透波超材料包括四個(gè)超材料片層，第一超材料片層和第三超材料片層的基板上陣列排布有金屬貼片，第二超材料片層和第四超材料片層的基板上陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第三超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸不同；第二超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)與第四超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)尺寸相同。在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，第四超材料片層的基板的兩個(gè)相對(duì)表面分別陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)和金屬貼片，其中靠近第三超材料片層的表面陣列排布十字形結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離第三超材料片層的表面陣列排布金屬貼片，且第四超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸相同。在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，第一超材料片層和第三超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片為正方形金屬貼片。在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，第一超材料片層的基板上陣列排布的正方 形金屬貼片的邊長(zhǎng)為I. 4mm ；第三超材料片層的基板上陣列排布的正方形金屬貼片的邊長(zhǎng)為I. 6mm。在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，十字形結(jié)構(gòu)均由兩根垂直平分的金屬線構(gòu)成，每一金屬線的線寬為0. 2mm,長(zhǎng)度為3. 4mm。在本發(fā)明所述的大角度透波超材料中，所述大角度透波超材料包括五個(gè)超材料片層，第一、第三、第五超材料片層的基板上陣列排布有金屬貼片，第二、第四超材料片層的基板上陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)；第二超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)與第四超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)尺寸相同；第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第三超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸不同，第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第五超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸相同。本發(fā)明還提供一種大角度透波超材料天線罩，用于罩設(shè)在天線本體上，包括如上所述的大角度透波超材料。本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線以及如上所述的大角度透波超材料天線罩，所述大角度透波超材料天線罩罩設(shè)于天線上。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果通過(guò)在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增力口?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來(lái)改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統(tǒng)天線罩設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的大角度透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)工作在19-22G GHz頻帶內(nèi)，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高。在大角入射情況下，損耗相對(duì)穩(wěn)定，能保持較高的透波率。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖I是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的大角度透波超材料的一個(gè)超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖2是由多個(gè)圖I所示的超材料片層堆疊形成的大角度透波超材料的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的第一超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是第一超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的第二超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是第二超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的第三超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的第四超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9是依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的第四超材料片層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的大角度透波超材料的S參數(shù)隨頻率變化的電路模擬仿真結(jié)果；圖11是依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的大角度透波超材料在不同入射角度時(shí)的S參數(shù)隨頻率變化的實(shí)測(cè)圖；圖12是本發(fā)明的大角度透波超材料的每一層超材料片層未附加人造微結(jié)構(gòu)的情況下，在不同入射角度時(shí)的S參數(shù)隨頻率變化的實(shí)測(cè)圖；圖13是本發(fā)明的大角度透波超材料與空氣的阻抗匹配示意圖。
具體實(shí)施例方式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，通過(guò)對(duì)微結(jié)構(gòu)的有序排列，可以改變空間中每點(diǎn)的相對(duì)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。超材料可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)普通材料無(wú)法具備的折射率、阻抗以及透波性能，從而可以有效控制電磁波的傳播特性?；谌嗽煳⒔Y(jié)構(gòu)的超材料天線罩可以通過(guò)調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來(lái)改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射。并可通過(guò)調(diào)節(jié)微結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行頻率選擇，根據(jù)需要調(diào)整相應(yīng)透波和濾波頻率。本發(fā)明提供了一種大角度透波超材料，包括多個(gè)超材料片層，如圖I和圖2所示。每個(gè)超材料片層I包括基板和陣列排布在基板上的多個(gè)形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)，相鄰超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)形狀不同。各個(gè)超材料片層沿垂直于片層的方向疊加，并通過(guò)機(jī)械連接、焊接或粘合的方式組裝成一體，如圖2所示。通常，在能夠滿足性能的情況下，一個(gè)超材料片層就可以作為超材料天線罩來(lái)使用。陣列排布的人造微結(jié)構(gòu)所在平面與電磁波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)方向平行，與入射電磁波傳播方向垂直。超材料片層的數(shù)量可根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，本發(fā)明不做限制。在本發(fā)明一實(shí)施例中，大角度透波超材料包括四個(gè)超材料片層，如圖2所示。人造微結(jié)構(gòu)包括金屬貼片和十字形結(jié)構(gòu)；多個(gè)超材料片層的基板上依次間隔排布有金屬貼片和十字形結(jié)構(gòu)。其中，第一超材料片層I和第三超材料片層3的基板上陣列排布有金屬貼片，第二超材料片層2和第四超材料片層4的基板上陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)。為了更清楚地描述每一超材料片層，下面分別結(jié)合圖3-圖9進(jìn)行描述。超材料片層中的基板可劃分為多個(gè)超材料單元，其中每一超材料單元上排布有一個(gè)人造微結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明一實(shí)施例中，超材料單元的邊長(zhǎng)為3.4mm。
在本發(fā)明一實(shí)施例中，第一超材料片層I的基板上陣列排布的金屬貼片與第三超材料片層3的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸不同；第二超材料片層2的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)與第四超材料片層4的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)尺寸相同。第一超材料片層I包括基板11和陣列排布在基板11上的金屬貼片12，如圖3所示。金屬貼片12排布在每一超材料單元的中心，圖中的基板11為了圖示方便，僅劃分了 9個(gè)超材料單元，見(jiàn)虛線劃分所示，這里的劃分僅為示意，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。金屬貼片的示意圖見(jiàn)圖4所示，在本發(fā)明一實(shí)施例中，金屬貼片為正方形金屬平貼片，邊長(zhǎng)為1.4_。金屬貼片排布的基板的面即為圖2中所示的A面。第二超材料片層2包括基板21和陣列排布在基板21上的十字形結(jié)構(gòu)22。十字形結(jié)構(gòu)22排布在每一超材料單元的中心，如圖5所示。圖中的基 板21為了圖示方便，僅劃分了 9個(gè)超材料單元，見(jiàn)虛線劃分所示，這里的劃分僅為示意，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。十字形結(jié)構(gòu)22的示意圖見(jiàn)圖6所示，在本發(fā)明一實(shí)施例中，十字形結(jié)構(gòu)22均由兩根垂直平分的金屬線構(gòu)成，每一金屬線的線寬w為0. 2mm,金屬線的長(zhǎng)度與超材料單元的邊長(zhǎng)b相等，為
3.4mm。十字形結(jié)構(gòu)22所在的基板的面緊貼第一超材料片層I。第三超材料片層3包括基板31和陣列排布在基板11上的金屬貼片32，如圖7所示。金屬貼片32排布在每一超材料單元的中心，圖中的基板31為了圖示方便，僅劃分了 9個(gè)超材料單元，見(jiàn)虛線劃分所示，這里的劃分僅為示意，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明一實(shí)施例中，金屬貼片為正方形金屬平貼片，如圖4所不,金屬貼片32邊長(zhǎng)a為I. 6mm。金屬貼片32所在的基板的面緊貼第二超材料片層2。金屬貼片32與金屬貼片12的尺寸不同，金屬貼片32的邊長(zhǎng)大于金屬貼片12的邊長(zhǎng)。金屬貼片32所在的基板的面緊貼第二超材料片層3。第四超材料片層4包括基板41和陣列排布在基板41上的十字形結(jié)構(gòu)42。十字形結(jié)構(gòu)42排布在每一超材料單元的中心，如圖5所示。圖中的基板41為了圖示方便，僅劃分了 9個(gè)超材料單元，見(jiàn)虛線劃分所示，這里的劃分僅為示意，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。第四超材料片層4與第二超材料片層2相同，基板上排布的十字形結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸相同。十字形結(jié)構(gòu)42的示意圖見(jiàn)圖6所示，在本發(fā)明一實(shí)施例中，十字形結(jié)構(gòu)42均由兩根垂直平分的金屬線構(gòu)成，每一金屬線的線寬w為0. 2_，金屬線的長(zhǎng)度與超材料單元的邊長(zhǎng)b相等，為
3.4mm。十字形結(jié)構(gòu)42所在的基板的面緊貼第三超材料片層3。在本發(fā)明又一實(shí)施例中，第四超材料片層4的基板的兩個(gè)相對(duì)表面分別陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)和金屬貼片，其中靠近第三超材料片層3的表面陣列排布十字形結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離第三超材料片層3的表面陣列排布金屬貼片，且第四超材料片層4的基板上陣列排布的金屬貼片與第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸相同。如圖9所示，第四超材料片層4包括基板41和陣列排布在基板41的兩相對(duì)表面的十字形結(jié)構(gòu)42和金屬貼片43?；?1的其中一個(gè)表面上排布有十字形結(jié)構(gòu)42,另一相對(duì)表面排布有金屬貼片43。十字形結(jié)構(gòu)42排布在每一超材料單元的中心，如圖6所示；金屬貼片43排布在每一超材料單元的中心。圖中的基板41為了圖示方便，僅劃分了 9個(gè)超材料單元，見(jiàn)虛線劃分所示，這里的劃分僅為示意，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。十字形結(jié)構(gòu)42的示意圖見(jiàn)圖6所示，在本發(fā)明一實(shí)施例中，十字形結(jié)構(gòu)42均由兩根垂直平分的金屬線構(gòu)成，每一金屬線的線寬w為0. 2mm,金屬線的長(zhǎng)度與超材料單元的邊長(zhǎng)b相等，為3. 4_。十字形結(jié)構(gòu)42所在的基板的面緊貼第三超材料片層3。金屬貼片43與金屬貼片12的形狀和尺寸相同，如圖4所示，金屬貼片43的邊長(zhǎng)a為I. 4mm。在本發(fā)明另一實(shí)施例中，大角度透波超材料包括五個(gè)超材料片層(未示出)，第一、第三、第五超材料片層的基板上陣列排布有金屬貼片，第二、第四超材料片層的基板上陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)。第二超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)與第四超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)尺寸相同；第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第三超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸不同，第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第五超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸相同。在此實(shí)施例中，第一、第三、第五超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片依次為上文所述的金屬貼片12、32、43;第二、第四超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)依次為上文所述的十字形結(jié)構(gòu) 22、42。在本發(fā)明一實(shí)施例中，基板選擇相對(duì)介電常數(shù)為4. 3，損耗角正切為0.025的材 料。多個(gè)超材料片層之間通過(guò)填充液態(tài)基板原料或者通過(guò)組裝相互連接在一起。人造微結(jié) 構(gòu)通過(guò)蝕刻的方式附著在基板上，當(dāng)然人造微結(jié)構(gòu)也可以采用電鍍、鉆刻、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在基板。人造微結(jié)構(gòu)采用銅線制成，當(dāng)然也可以采用銀線、IT0、石墨或者碳納米管等導(dǎo)電材料制成。附圖中示意的天線罩的形狀為平板狀，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際需求來(lái)設(shè)計(jì)天線罩的形狀，比如可以設(shè)計(jì)成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀(共形的天線罩)等，也不排除使用多個(gè)平板狀結(jié)構(gòu)拼接成需要的形狀，本發(fā)明對(duì)此不作限制。本發(fā)明的大角度透波超材料的S參數(shù)隨頻率變化的示意圖如圖10所示，這是通過(guò)電路模擬仿真得到的結(jié)果。基板選擇相對(duì)介電常數(shù)為4. 3，損耗角正切為0. 025的材料，大角度透波超材料共四層超材料片層，其中第四超材料片層4如圖9所示示例。由圖10可知，本發(fā)明的天線罩在較寬的頻帶內(nèi)的透波性能都很好，例如15 25GHz，特別是19 22GHz范圍內(nèi)，S21參數(shù)的線性值接近于I。圖11示出了本發(fā)明的大角度透波超材料在不同入射角度時(shí)的S參數(shù)隨頻率變化的實(shí)測(cè)圖?；暹x擇相對(duì)介電常數(shù)為4. 3，損耗角正切為0. 025的材料，大角度透波超材料天線罩共四層超材料片層，其中第四超材料片層4如圖9所示示例。標(biāo)號(hào)6對(duì)應(yīng)入射角0度，標(biāo)號(hào)5對(duì)應(yīng)入射角15度，標(biāo)號(hào)4對(duì)應(yīng)入射角30度，標(biāo)號(hào)3對(duì)應(yīng)入射角45度，標(biāo)號(hào)2對(duì)應(yīng)入射角60度，標(biāo)號(hào)I對(duì)應(yīng)入射角75度。由圖11可知，入射角為0度時(shí)，S21為-0. 69888139dB ；入射角為15度時(shí)，S21為-0. 7141954dB ;入射角為30度時(shí)，S21為-0. 74448955dB ;入射角為45度時(shí)，S21為-0. 81791254dB ;入射角為60度時(shí)，S21為-I. 0147718dB ;入射角為75度時(shí)，S21 為-I. 8492208dB。圖12示出了本發(fā)明的大角度透波超材料的每一層超材料片層未附加人造微結(jié)構(gòu)的情況下，在不同入射角度時(shí)的S參數(shù)隨頻率變化的實(shí)測(cè)圖。標(biāo)號(hào)6對(duì)應(yīng)入射角0度，標(biāo)號(hào)5對(duì)應(yīng)入射角15度，標(biāo)號(hào)4對(duì)應(yīng)入射角30度，標(biāo)號(hào)3對(duì)應(yīng)入射角45度，標(biāo)號(hào)2對(duì)應(yīng)入射角60度，標(biāo)號(hào)I對(duì)應(yīng)入射角75度。由圖12可知，入射角為0度時(shí)，S21為-I. 5168287dB ;入射角為15度時(shí)，S21為-I. 5412104dB ;入射角為30度時(shí)，S21為-I. 6172658dB ;入射角為45度時(shí)，S21為-I. 7745406dB ;入射角為60度時(shí)，S21為-2. 1750689dB ;入射角為75度時(shí)，S21為-3. 7663295dB。本發(fā)明提供的大角度透波超材料對(duì)電磁波的入射角度不加限制，對(duì)較大范圍的入射角仍然具有很好的透波性能。由圖11-12可以看出，加入人造微結(jié)構(gòu)后0-75度角入射的S21比純板材的S21小很多，說(shuō)明加入人造微結(jié)構(gòu)的板材透波性能提高很多，特別是在大角入射情況下，損耗相對(duì)穩(wěn)定，能保持較高的透波率。并且由于采用了多層匹配結(jié)構(gòu)，使空氣與超材料天線罩匹配更好，能夠在19-22GHZ波段有良好的透波率，垂直入射透波率均在90%以上，大角度入射透波率也有70%-80%，比單純的板材透波性能高很多。圖13示出了本發(fā)明的大角度透波超材料與空氣的阻抗匹配示意圖，通過(guò)CSTretrieval程序算得在12-lSGHz頻段內(nèi)的阻抗與空氣匹配極佳，n平均等于I?？梢钥闯?，在19-22GHZ時(shí)，阻抗n的實(shí)部re(n)接近于1，其虛部im(n)接近于0，當(dāng)頻率為21. 99GHz時(shí)，阻抗n的實(shí)部re (n)為0. 9271，與空氣匹配很好。本發(fā)明還提供一種大角度透波超材料天線罩，用于罩設(shè)在天線本體上，包括如上所述的大角度透波超材料。 本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線本體以及如上所述的大角度透波超材料天線罩，大角度透波超材料天線罩罩設(shè)于天線本體上。天線本體包括輻射源、饋電單元等，具體構(gòu)成可參閱相關(guān)技術(shù)資料，本發(fā)明對(duì)此不作限制。天線可以是例如但不限于平板天線。本發(fā)明通過(guò)在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構(gòu)，得到需要的電磁響應(yīng)，使得基于超材料的天線罩的透波性能增強(qiáng)，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)人造微結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸，來(lái)改變材料的相對(duì)介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實(shí)現(xiàn)與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的透射，減少了傳統(tǒng)天線罩設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料厚度和介電常數(shù)的限制。而且本發(fā)明的大角度透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在19-22GHZ頻帶內(nèi)的透波效率很高，損耗較小。電磁波大角度入射時(shí)，仍然具有很好的透波性能。上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種大角度透波超材料，其特征在于，包括多個(gè)超材料片層，每ー超材料片層包括基板和陣列排布在所述基板上的多個(gè)形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)；相鄰超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)形狀不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大角度透波超材料，其特征在于，所述人造微結(jié)構(gòu)包括金屬貼片和十字形結(jié)構(gòu)；多個(gè)超材料片層的基板上依次間隔排布有金屬貼片和十字形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大角度透波超材料，其特征在干，所述大角度透波超材料包括四個(gè)超材料片層，第一超材料片層和第三超材料片層的基板上陣列排布有金屬貼片，第ニ超材料片層和第四超材料片層的基板上陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大角度透波超材料，其特征在于，第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第三超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸不同； 第二超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)與第四超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)尺寸相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大角度透波超材料，其特征在于，第四超材料片層的基板的兩個(gè)相對(duì)表面分別陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)和金屬貼片，其中靠近第三超材料片層的表面陣列排布十字形結(jié)構(gòu)，遠(yuǎn)離第三超材料片層的表面陣列排布金屬貼片，且第四超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大角度透波超材料，其特征在干，第一超材料片層和第三超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片為正方形金屬貼片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大角度透波超材料，其特征在干，第一超材料片層的基板上陣列排布的正方形金屬貼片的邊長(zhǎng)為I. 4mm ； 第三超材料片層的基板上陣列排布的正方形金屬貼片的邊長(zhǎng)為I. 6mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大角度透波超材料，其特征在于，所述大角度透波超材料包括五個(gè)超材料片層，第一、第三、第五超材料片層的基板上陣列排布有金屬貼片，第二、第四超材料片層的基板上陣列排布有十字形結(jié)構(gòu)； 第二超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)與第四超材料片層的基板上陣列排布的十字形結(jié)構(gòu)尺寸相同； 第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第三超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸不同，第一超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片與第五超材料片層的基板上陣列排布的金屬貼片尺寸相同。
9.ー種大角度透波超材料天線罩，其特征在于，用于罩設(shè)在天線本體上，包括如權(quán)利要求f 8任ー項(xiàng)所述的大角度透波超材料。
10.ー種天線系統(tǒng)，其特征在于，包括天線本體以及如權(quán)利要求9所述的大角度透波超材料天線罩，所述大角度透波超材料罩設(shè)于天線本體上。
全文摘要
本發(fā)明涉及大角度透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。大角度透波超材料包括多個(gè)超材料片層，每一超材料片層包括基板和陣列排布在所述基板上的多個(gè)形狀和尺寸相同的人造微結(jié)構(gòu)；相鄰超材料片層的人造微結(jié)構(gòu)形狀不同。本發(fā)明的大角度透波超材料及其天線罩和天線系統(tǒng)工作在19-22G GHz頻帶內(nèi)，且在此頻帶內(nèi)的透波效率很高。在大角入射情況下，損耗相對(duì)穩(wěn)定，能保持較高的透波率。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK102760965SQ201210226220
公開(kāi)日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者劉若鵬, 吳煜鋒, 張嶺, 方小偉, 趙治亞, 陳智偉 申請(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司