低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)，低頻透波材料包括厚度不相同的第一基板、第二基板、第三基板，以及夾設在第一基板與第二基板之間且陣列排布的第一人造微結(jié)構、夾設在第二基板與第三基板之間且陣列排布的第二人造微結(jié)構，其中第一人造微結(jié)構為金屬圓環(huán)，第二人造微結(jié)構為共圓心的多個金屬圓環(huán)。本發(fā)明的低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在低頻頻段透波效率很高，而且能夠屏蔽其它頻段。
【專利說明】低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及天線罩，更具體地說，涉及低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]一般情況下，天線系統(tǒng)都會設置有天線罩。天線罩的目的是保護天線系統(tǒng)免受風雨、冰雪、沙塵和太陽輻射等的影響，使天線系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時減輕天線系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長使用壽命。但是天線罩是天線前面的障礙物，對天線輻射波會產(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。造成這些現(xiàn)象的原因是:天線罩壁的反射和不均勻部分的繞射會引起天線主波瓣電軸偏移，從而產(chǎn)生瞄準誤差；天線罩對高頻能量的吸收和反射會引起傳輸損耗，從而影響天線增益(接收時使系統(tǒng)噪聲溫度增加)。
[0003]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、機械強度高的材料，如玻璃鋼、環(huán)氧樹脂、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)構上多為均勻單壁結(jié)構、夾層結(jié)構和空間骨架結(jié)構等，罩壁厚度的設計需兼顧工作波長、天線罩尺寸和形狀、環(huán)境條件、所用材料在電氣和結(jié)構上的性能等因素，在保護天線免受外部環(huán)境影響的條件下不具備增強天線方向性和提高天線增益的功能。而且，在電磁波低頻入射時，透波性能很差，無法滿足低頻透波的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的上述無法滿足低頻透波需求的缺陷，提供一種低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:構造一種低頻透波材料，用于實現(xiàn)低頻透波，包括厚度不相同的第一基板、第二基板、第三基板，以及夾設在第一基板與第二基板之間且陣列排布的第一人造微結(jié)構、夾設在第二基板與第三基板之間且陣列排布的第二人造微結(jié)構，其中第一人造微結(jié)構為金屬圓環(huán)，第二人造微結(jié)構為共圓心的多個金屬圓環(huán)。
[0006]在本發(fā)明所述的低頻透波材料中，第二人造微結(jié)構的最外部的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑小于第一人造微結(jié)構的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑。
[0007]在本發(fā)明所述的低頻透波材料中，第二人造微結(jié)構的相鄰金屬圓環(huán)之間的間隔相
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[0008]在本發(fā)明所述的低頻透波材料中，第二人造微結(jié)構的多個金屬圓環(huán)的寬度相等。
[0009]在本發(fā)明所述的低頻透波材料中，第一人造微結(jié)構的金屬圓環(huán)的寬度等于第二人造微結(jié)構的金屬圓環(huán)的寬度。
[0010]在本發(fā)明所述的低頻透波材料中，第二基板和第三基板具有相同的相對介電常數(shù)和損耗角正切值。
[0011]在本發(fā)明所述的低頻透波材料中，第一基板的相對介電常數(shù)小于第二基板的相對介電常數(shù)，第一基板的損耗角正切值小于第二基板的損耗角正切值。
[0012]在本發(fā)明所述的低頻透波材料中，第一基板的相對介電常數(shù)為2.65，損耗角正切值為0.001，厚度為0.25mm ;第二基板的相對介電常數(shù)為8.79，損耗角正切值為0.142，厚度為0.8mm ;第三基板的相對介電常數(shù)為8.79，損耗角正切值為0.142，厚度為1.6mm。
[0013]本發(fā)明還提供一種天線罩，用于罩設在天線上，包括如上所述的低頻透波材料。
[0014]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天線罩，所述天線罩罩設于天線上。
[0015]實施本發(fā)明的技術方案，具有以下有益效果:通過在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構，得到需要的電磁響應，使得天線罩的透波性能增強，抗干擾能力增加?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)人造微結(jié)構的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實現(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)天線罩設計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在低頻頻段透波效率很高，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低頻帶通，而且能夠?qū)崿F(xiàn)其它頻段的帶阻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0017]圖1是依據(jù)本發(fā)明一實施例的低頻透波材料的剖視圖；
[0018]圖2是圖1所示的低頻透波材料的結(jié)構示意圖；
[0019]圖3是依據(jù)本發(fā)明一實施例的第一人造微結(jié)構的示意圖；
[0020]圖4是圖3所示的第一人造微結(jié)構的排布示意圖；
[0021]圖5是依據(jù)本發(fā)明一實施例的第二人造微結(jié)構的示意圖；
[0022]圖6是圖5所示的第二人造微結(jié)構的排布示意圖；
[0023]圖7是依據(jù)本發(fā)明一實施例的低頻透波材料的仿真結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明提供了一種低頻透波材料，低頻透波材料用于實現(xiàn)低頻透波，包括厚度不相同的第一基板、第二基板、第三基板，以及夾設在第一基板與第二基板之間且陣列排布的第一人造微結(jié)構、夾設在第二基板與第三基板之間且陣列排布的第二人造微結(jié)構。制造基板的材料有多種選擇，例如陶瓷、FR4、F4B(聚四氟乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯，High DensityPolyethylene)、ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene,丙烯臆-丁二烯-苯乙烯)、鐵電材料、或者鐵磁材料等。
[0025]圖1示出了低頻透波材料的剖視圖，本實施例中的低頻透波材料用于實現(xiàn)低頻透波，包括厚度各不相同的第一基板10、第二基板20、第三基板30，以及夾設在第一基板10與第二基板20之間且陣列排布的第一人造微結(jié)構11、夾設在第二基板20與第三基板30之間且陣列排布的第二人造微結(jié)構22，其中第一人造微結(jié)構11為金屬圓環(huán)，第二人造微結(jié)構22為共圓心的多個金屬圓環(huán)，如圖2所示。多個第一人造微結(jié)構11夾設在第一基板10和第二基板20之間，形成一層人造微結(jié)構層A，多個第二人造微結(jié)構22夾設在第二基板20和第三基板30之間，形成一層人造微結(jié)構層B。為了加以區(qū)別，人造微結(jié)構層A和人造微結(jié)構層B用不同的斜線填充。第一基板10優(yōu)先選取介電常數(shù)為2.0?3.0,損耗角正切不超過0.005的材料。
[0026]第一人造微結(jié)構11和第二人造微結(jié)構22為導電材料制成的絲線組成的具有一定幾何圖案的平面結(jié)構。這里的導電材料，可以是金、銀、銅等導電性能良好的金屬材料，或者主要成分為金、銀、銅中的一種或兩種的合金材料，也可以是碳納米管、摻鋁氧化鋅、銦錫氧化物等可以導電的非金屬材料。本發(fā)明中，優(yōu)選銅或銀。
[0027]如圖2所示，示出了圖1所示的低頻透波材料的透視圖。第一人造微結(jié)構11為金屬圓環(huán)，第二人造微結(jié)構22為共圓心的多個金屬圓環(huán)，如圖3-6所示。第一人造微結(jié)構11的圓心與第二人造微結(jié)構22的圓心相對應，即，俯視時兩者的圓心重合。在本發(fā)明一優(yōu)選實施例中，第二人造微結(jié)構22的最外部的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑小于第一人造微結(jié)構11的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑。圖示的第一、第二人造微結(jié)構的數(shù)目僅為示意，僅用于說明人造微結(jié)構之間的排布情況，不作為對本發(fā)明的限制。
[0028]作為優(yōu)選實施例，第二人造微結(jié)構22的相鄰金屬圓環(huán)之間的間隔相等，第二人造微結(jié)構22的多個金屬圓環(huán)的寬度《2相等，如圖5所示。另一優(yōu)選實施例中，第一人造微結(jié)構11的金屬圓環(huán)的寬度wl等于第二人造微結(jié)構22的金屬圓環(huán)的寬度w2。
[0029]圖4和圖6分別是第一人造微結(jié)構11和第二人造微結(jié)構22的排布示意圖。相鄰的第一人造微結(jié)構11之間的圓心距相等，相鄰的第二人造微結(jié)構22之間的圓心距相等。作為優(yōu)選實施例，相鄰的第一人造微結(jié)構11和相鄰的第二人造微結(jié)構22的圓心距均為9.5_。
[0030]在本發(fā)明中，第二基板和第三基板具有相同的相對介電常數(shù)和損耗角正切值。第一基板10具有不同于第二基板20和第三基板30的相對介電常數(shù)和損耗角正切值，在一優(yōu)選實施例中，第一基板10的相對介電常數(shù)小于第二基板20的相對介電常數(shù)，第一基板10的損耗角正切值小于第二基板20的損耗角正切值。
[0031]下面將結(jié)合具體實施例來說明本發(fā)明的低頻透波材料的應用效果。在此實施例中，第一基板10的相對介電常數(shù)為2.65，損耗角正切值為0.001，厚度為0.25mm ;第二基板20的相對介電常數(shù)為8.79，損耗角正切值為0.142，厚度為0.8mm ;第三基板30的相對介電常數(shù)為8.79，損耗角正切值為0.142，厚度為1.6mm。第一人造微結(jié)構11和第二人造微結(jié)構22的厚度為0.018mm。相鄰的第一人造微結(jié)構11和相鄰的第二人造微結(jié)構22的圓心距均為9.5mm。第一人造微結(jié)構11的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑Rl為3.65mm,寬度為0.15mm。第二人造微結(jié)構22的最小的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑R20為0.55mm,由內(nèi)到外的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑依次為:0.55mm、0.85謹、1.15謹、1.45mm.1.75謹，圓環(huán)寬度為0.15謹，且第二人造微結(jié)構22中的相鄰的金屬圓環(huán)之間的間距為0.15mm。第一人造微結(jié)構11和第二人造微結(jié)構22通過蝕刻的方式附著在基板上，當然第一人造微結(jié)構11和第二人造微結(jié)構22也可以采用電鍍、鉆亥IJ、光刻、電子刻或者離子刻等方式附著在基板上。
[0032]對具有上述參數(shù)的低頻透波材料進行仿真，其S21參數(shù)仿真圖如圖7所示，本發(fā)明的低頻透波材料的透射系數(shù)用S21表示。由圖7可以看到,在低頻頻帶內(nèi)(O?IGHz),透射系數(shù)S21很高，損耗在IdB以內(nèi)，也就是說在低頻能達到很高的透波性能，具有高透波特性，能夠滿足低頻透波的需求。而在其他頻段，例如C波段時，損耗達到了 10dB，有效抑制了其它波段的電磁波對該透波材料的電磁干擾。因此，本發(fā)明的低頻透波材料能夠滿足低頻入射的需求，具有很高的透波特性，而且能夠抑制其它頻段的電磁干擾。在實際應用時，通過調(diào)節(jié)第一、第二人造微結(jié)構11、22的形狀、尺寸，可以改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而兩個通帶向高頻或低頻移動，或者改變帶寬，滿足不同頻帶需求。
[0033]因此，本發(fā)明還提供一種天線罩，該天線罩由上文所述的低頻透波材料制成，用于罩設于在天線上，對天線起到保護作用的同時，還能夠保證天線在低頻應用時實現(xiàn)高透波性能，且能夠屏蔽掉不相關頻段，排除干擾。
[0034]需要說明的是，天線罩的形狀可以為與附圖中的低頻透波材料形狀相同或者類似的平板狀(圓形板、方形板、其他不規(guī)則形狀的平板)，也可以根據(jù)實際需求來設計天線罩的形狀，比如設計成圓球狀或者與天線形狀匹配的形狀(共形的天線罩)等，也不排除使用多個平板狀結(jié)構拼接成需要的形狀，本發(fā)明對此不作限制。
[0035]本發(fā)明還提供一種天線系統(tǒng)，包括天線，以及如上文所述的天線罩，天線罩罩設于天線上。天線包括輻射源、饋電單元等，具體構成可參閱相關技術資料，本發(fā)明對此不作限制。天線本體可以是例如但不限于平板天線、微波天線、雷達天線等。
[0036]實施本發(fā)明的技術方案，具有以下有益效果:通過在基板上附著特定形狀的人造微結(jié)構，得到需要的電磁響應，使得天線罩的透波性能增強，抗干擾能力增加。可以通過調(diào)節(jié)人造微結(jié)構的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數(shù)、折射率和阻抗，從而實現(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)天線罩設計時對材料厚度和介電常數(shù)的限制。本發(fā)明的低頻透波材料及其天線罩和天線系統(tǒng)在低頻頻段透波效率很高，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)低頻帶通，而且能夠?qū)崿F(xiàn)其它頻段的帶阻，排除干擾。
[0037]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種低頻透波材料，其特征在于，用于實現(xiàn)低頻透波，包括厚度不相同的第一基板、第二基板、第三基板，以及夾設在第一基板與第二基板之間且陣列排布的第一人造微結(jié)構、夾設在第二基板與第三基板之間且陣列排布的第二人造微結(jié)構，其中第一人造微結(jié)構為金屬圓環(huán)，第二人造微結(jié)構為共圓心的多個金屬圓環(huán)。
2.根據(jù)權利要求1所述的低頻透波材料，其特征在于，第二人造微結(jié)構的最外部的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑小于第一人造微結(jié)構的金屬圓環(huán)的內(nèi)半徑。
3.根據(jù)權利要求2所述的低頻透波材料，其特征在于，第二人造微結(jié)構的相鄰金屬圓環(huán)之間的間隔相等。
4.根據(jù)權利要求1所述的低頻透波材料，其特征在于，第二人造微結(jié)構的多個金屬圓環(huán)的寬度相等。
5.根據(jù)權利要求4所述的低頻透波材料，其特征在于，第一人造微結(jié)構的金屬圓環(huán)的寬度等于第二人造微結(jié)構的金屬圓環(huán)的寬度。
6.根據(jù)權利要求1所述的低頻透波材料，其特征在于，第二基板和第三基板具有相同的相對介電常數(shù)和損耗角正切值。
7.根據(jù)權利要求6所述的低頻透波材料，其特征在于，第一基板的相對介電常數(shù)小于第二基板的相對介電常數(shù)，第一基板的損耗角正切值小于第二基板的損耗角正切值。
8.根據(jù)權利要求7所述的低頻透波材料，其特征在于，第一基板的相對介電常數(shù)為2.65，損耗角正切值為0.001，厚度為0.25mm ;第二基板的相對介電常數(shù)為8.79，損耗角正切值為0.142，厚度為0.8mm ;第三基板的相對介電常數(shù)為8.79，損耗角正切值為0.142，厚度為1.6_。
9.一種天線罩，其特征在于，用于罩設在天線上，包括如權利要求1?8任一項所述的低頻透波材料。
10.一種天線系統(tǒng)，其特征在于，包括天線以及如權利要求9所述的天線罩，所述天線罩罩設于天線上。
【文檔編號】H01Q15/02GK103682660SQ201210316677
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年8月31日 優(yōu)先權日:2012年8月31日
【發(fā)明者】劉若鵬, 趙治亞, 方小偉 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術有限公司