多頻段透波超材料、天線罩和天線系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種多頻段透波超材料、天線罩和天線系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一般地，天線都會(huì)設(shè)置有天線罩，用于保護(hù)天線不受風(fēng)雨、冰雪等的環(huán)境影響。現(xiàn)有天線罩基本是純材料天線罩，只起到保護(hù)天線的作用，使用純材料天線罩在一定的范圍內(nèi)會(huì)影響天線的性能。其中，用于制作天線罩的純材料為普通的物理材料，在制作純材料天線罩時(shí)，利用半波長(zhǎng)或四分之一波長(zhǎng)理論，并根據(jù)不同的天線頻率，改變純材料的厚度，用以減小對(duì)電磁波的透波響應(yīng)。在設(shè)計(jì)制作純材料天線罩的時(shí)候，當(dāng)天線的輻射波波長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)，利用半波長(zhǎng)或四分之一波長(zhǎng)理論，純材料天線罩會(huì)顯得比較厚，進(jìn)而使得整個(gè)天線罩的重量過(guò)大。另外，普通的純材料天線罩在寬帶寬角內(nèi)的透波特性較差，影響天線性能，且對(duì)于多頻段工作的天線而言，現(xiàn)有的天線罩都難以達(dá)到很好的透波效果。
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)多頻段工作的天線的透波效果不好的問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種多頻段透波超材料、天線罩和天線系統(tǒng)，以解決對(duì)多頻段工作的天線的透波效果不好的問(wèn)題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種多頻段透波超材料。該多頻段透波超材料包括:多層功能層，所述功能層包括至少兩層介質(zhì)層和至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)層，所述至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在相鄰的兩層所述介質(zhì)層之間；
[0006]其中，該多頻段透波超材料的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)層和介質(zhì)層使得該多頻段透波超材料具有這樣的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率:使得電磁波在通過(guò)該多頻段透波超材料時(shí)，在多個(gè)工作頻段內(nèi)電磁波均穿透該多頻段透波超材料，而工作頻段外的電磁波被截止。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)方面還提供了一種天線罩，包括上述多頻段透波超材料。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)方面還提供了一種天線系統(tǒng)，包括上述天線罩，所述天線罩罩設(shè)在天線上。
[0009]通過(guò)本發(fā)明，采用一種多頻段透波超材料包括:多層功能層，功能層包括至少兩層介質(zhì)層和至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，其中，至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在相鄰的兩層介質(zhì)層之間，解決了多頻段工作的天線的透波效果不好的問(wèn)題，進(jìn)而達(dá)到了多頻段透波的效果。
【附圖說(shuō)明】
[0010]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的功能層的剖視圖；
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的耶路撒冷十字型結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0013]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的高通濾波超材料的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0014]圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的高通濾波超材料的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的田字型結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0016]圖6是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的帶通濾波超材料的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的帶通濾波超材料的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0018]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的帶阻透波超材料實(shí)施例一的主視示意圖；
[0019]圖9示出了實(shí)施例一的帶阻透波超材料的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0020]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的帶阻透波超材料實(shí)施例二的主視示意圖；
[0021]圖11示出了實(shí)施例二的TE模和TM模的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0022]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的帶阻透波超材料實(shí)施例三的側(cè)視示意圖；
[0023]圖13示出了圖12的帶阻透波超材料的TE模的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0024]圖14示出了圖12的帶阻透波超材料的TM模的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0025]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的帶阻透波超材料實(shí)施例四的TE模的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0026]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的帶阻透波超材料實(shí)施例四的TM模的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0027]圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的帶阻透波超材料實(shí)施例五中的其中一層功能層的主視示意圖；
[0028]圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的帶阻透波超材料實(shí)施例五的側(cè)視示意圖；
[0029]圖19示出了圖18的帶阻透波超材料的TE模的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0030]圖20示出了圖18的帶阻透波超材料的TM模的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0031]圖21示出了實(shí)施例一的低通透波超材料的側(cè)視示意圖；
[0032]圖22示出了實(shí)施例一的低通透波超材料的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0033]圖23示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為0°時(shí)，TE模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0034]圖24示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為10°時(shí)，TE模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0035]圖25示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為20°時(shí)，TE模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0036]圖26示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為30°時(shí)，TE模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0037]圖27示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為0°時(shí)，TM模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0038]圖28示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為10°時(shí)，TM模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0039]圖29示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為20°時(shí)，TM模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0040]圖30示出了實(shí)施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為30°時(shí)，TM模的頻率響應(yīng)仿真圖；
[0041]圖31示出了根據(jù)本發(fā)明的低通透波超材料的實(shí)施例三中的第二結(jié)構(gòu)層的主視示意圖；
[0042]圖32示出了根據(jù)本發(fā)明的低通透波超材料的實(shí)施例三的側(cè)視示意圖；
[0043]圖33示出了圖32的低通透波超材料的S21參數(shù)仿真曲線示意圖；
[0044]圖34是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的多頻段透波超材料的結(jié)構(gòu)層中的耶路撒冷十字型結(jié)構(gòu)圖意圖；
[0045]圖35是根據(jù)圖34所示的耶路撒冷十字型結(jié)構(gòu)中十字型結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0046]圖36是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的多頻段透波超材料的結(jié)構(gòu)層中導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的分布圖；
[0047]圖37是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的多頻段透波超材料的TE模S21傳輸特性曲線的仿真圖；以及
[0048]圖38是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施例的多頻段透波超材料的TM模S21傳輸特性曲線的仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
[0050]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多頻段透波超材料。該超材料包括多層功能層，功能層包括至少兩層介質(zhì)層和至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，其中，至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在相鄰的兩層介質(zhì)層之間；其中，該多頻段透波超材料的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)層和介質(zhì)層使得該多頻段透波超材料具有這樣的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率:使得電磁波在通過(guò)該多頻段透波超材料時(shí)，在多個(gè)工作頻段內(nèi)電磁波均穿透該多頻段透波超材料，而工作頻段外的電磁波被截止。功能層可以包括多層功能層，各功能層可以相同也可以不相同，當(dāng)采用不同的功能層進(jìn)行耦合時(shí)，根據(jù)不同的功能層的透波性能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙頻或者多頻段的頻率的透波作用。例如，當(dāng)選擇選擇兩個(gè)不同頻段的帶通透波超材料功能層時(shí)，由于兩個(gè)帶通透波超材料功能層的透波頻段不同，可以實(shí)現(xiàn)兩端帶通頻率的透波作用。
[0051]另外，在本發(fā)明實(shí)施例多頻段透波超材料的一個(gè)功能層中，包括至少兩層介質(zhì)層和至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，其中，至少兩層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)設(shè)置在相鄰的兩層介質(zhì)層之間，導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為具有導(dǎo)電性能的幾何結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以采用金屬材料，如金、銀、銅等等，也可以采用非金屬材料，如石墨等。在功能層中選擇兩層不同透波特性的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)高通濾波超材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，可以使得在天線的電磁波透過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中提供的多頻段濾波超材料時(shí)，多個(gè)頻段的電磁波能高效率穿透，達(dá)到多頻段透波的效果。另外，介質(zhì)層具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，介質(zhì)層可以采用聚四氟乙烯等物理材料，也可以采用其他的非金屬物理材料例如陶瓷等。介質(zhì)層使得多頻段透波超材料具有一定的機(jī)械特性。
[0052]優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例的多頻段透波超材料的功能層可以是高通透波超材料功能層，如圖1所示，該功能層包括介質(zhì)層10和導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)20，導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)20置于介質(zhì)層10上。導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)20包括多個(gè)網(wǎng)格狀導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，至少部分導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)中設(shè)置有導(dǎo)電線材，其中，介質(zhì)層10具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，介質(zhì)層10可以采用聚四氟乙烯等物理材料，也可以采用其他的非金屬物理材料例如陶瓷等。導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為具有導(dǎo)電性能的幾何結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以是具有導(dǎo)電性的十字型的幾何結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以采用金屬材料，如金、銀、銅等等，也可以采用非金屬材料，如石墨等。導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的十字型結(jié)構(gòu)包括十字型變形后的形狀，例如耶路撒冷十字型等。
[0053]通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例，將導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)20置于介質(zhì)層10上，通過(guò)采用不同的介質(zhì)層10，以及根據(jù)不同的介質(zhì)層10調(diào)整網(wǎng)格狀導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，以調(diào)節(jié)高通透波超材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，可以使得在天線的電磁波透過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中提供的高通透波超材料時(shí)，工作頻段內(nèi)的電磁波能高效率穿透，低于工作頻段的電磁波被有效地截止。
[0054]優(yōu)選地，本發(fā)明實(shí)施例的高通透波超材料中多個(gè)網(wǎng)格狀的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以是周期性排布，也可以是非周期性排布，可以根據(jù)天線工作頻率進(jìn)行調(diào)整，其中，周期性排布和非周期性排布的排布規(guī)律均可以根據(jù)天線的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)電容和電感的調(diào)節(jié)。
[0055]進(jìn)一步地，周期性排布或者非周期性排布的多個(gè)網(wǎng)格狀的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以為三角形、四邊形、五邊形、六邊形、圓形、橢圓形中至少一種。其中，網(wǎng)格狀中的網(wǎng)格可以是封閉的，也可以是開口的。多個(gè)網(wǎng)格狀的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以是平面結(jié)構(gòu)也可以是立體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為平面結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)電線材位于多個(gè)網(wǎng)格狀的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)；網(wǎng)格狀的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為立體結(jié)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)電線材與多個(gè)網(wǎng)格狀的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)位于不同的平面。
[0056]其中，導(dǎo)電線材與網(wǎng)格狀的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)可以電性隔絕，導(dǎo)電線材包括直線或者曲線形成的十字型、一字型、雪花型、以及十字型的變形結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電線材可以是直線形成的十字型、一字型、雪花型以及十字型的變形結(jié)構(gòu)中任意一種結(jié)構(gòu)，也可以是其中的任意幾種的組合。其中，十字型的變形結(jié)構(gòu)可以是耶路撒冷十字形結(jié)構(gòu)。
[0057]優(yōu)選地,導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為金屬導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，金屬導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)米用以下任一種或者幾種組合金屬材料:固體金屬材料、液體金屬材料、流體狀金屬材料和粉狀物金屬材料。金屬導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)并不限于金、銀、銅等金屬，還可以使用其他的金屬或者合金。金屬材料可以是固體金屬材料、液體金屬材料、流體狀金屬材料和粉狀物金屬材料，也可以是多中狀態(tài)下的金屬材料的組合使用。通過(guò)本實(shí)施例，采用金屬導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，能夠使高頻段的電磁波更易穿透高通透波超材料。
[0058]優(yōu)選地，介質(zhì)