超材料天線罩及天線系統的制造方法與工藝

本發明涉及天線罩及天線系統，更具體地說，涉及一種由全新設計的超材料制成的天線罩及天線系統。

背景技術：
在天線系統中，常常需要用天線罩來罩蓋天線，以使天線免受外界惡劣環境的影響，這樣，天線收發電磁波時電磁波均需穿過天線罩。盡管目前制造天線罩時多采用介電常數和損耗角正切低、機械強度高的材料，如玻璃鋼、環氧樹脂和ABS以及UPVC等高分子聚合物，但還是無法與空氣的波阻抗匹配一致，電磁波在空氣與天線罩之間傳播時不僅會發生反射，而且天線罩對電磁波的損耗亦較大，從而降低了天線的輻射效率和增益，嚴重影響天線的電磁性能。此外，目前現有的天線罩在結構上多為均勻單壁結構、夾層結構和空間骨架結構等，在滿足機械性能要求的情況下，天線罩的罩壁比較厚，而罩壁厚度與天線罩的工作頻段有關，這樣，便無法兼顧天線罩的機械性能和高透波率的要求。超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構材料。當前，人們在介質基板上周期性地排列具有一定幾何形狀的金屬微結構來形成超材料。由于可以利用金屬微結構的幾何形狀和尺寸以及排布來改變超材料空間各點的介電常數和/或磁導率，使其產生預期的電磁響應，以控制電磁波的傳播，故而，在多個領域具有廣泛的應用前景，成為各國科研人員爭相研究的熱點領域之一。在用超材料作為透波材料來制作天線罩方面，人們已經發現，用其制作的天線罩具有良好的透波性能，對電磁波的損耗也較小。

技術實現要素：
本發明要解決的技術問題在于，提供一種具有良好透波性能的超材料天線罩及天線系統。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種超材料天線罩，包括一超材料層和兩分別覆蓋于所述超材料層的兩相對表面的保護層，所述超材料層包括一介質基板和附著于所述介質基板的兩相對表面而由相應的保護層覆蓋的多個金屬微結構，所述介質基板兩相對表面對應位置的每兩金屬微結構組成一對，每對金屬微結構的幾何形狀和尺寸均相同；每對金屬微結構中，任一金屬微結構包括兩相互平行且正對的第一金屬線段和位于所述兩第一金屬線段之間并與所述兩第一金屬線段垂直相連的第二金屬線段，所述第二金屬線段的兩端分別連接于所述兩第一金屬線段的中點，而任一表面上的金屬微結構的第二金屬線段的中點與另一表面上的金屬微結構的第二金屬線段的中點重疊，且任一表面上的金屬微結構繞以垂直于所述介質基板并通過所述中點的直線為軸旋轉90度或270度后與另一表面上的金屬微結構重疊。優選地，任一金屬微結構以垂直于所述介質基板并通過其第二金屬線段的中點的直線為軸順時針或逆時針旋轉180度或360度后均與初始位置的金屬微結構重合。優選地，任一金屬微結構的兩第一金屬線段的長度相等，均等于1.6～1.8mm。優選地，任一金屬微結構的第二金屬線段的長度等于0.7～0.9mm。優選地，所述第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的寬度相等，均等于0.2～0.4mm。優選地，所述第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的厚度相等。優選地，所述兩保護層的厚度相等，均等于0.1～0.3mm。優選地，所述介質基板同一表面上的任兩最靠近的金屬微結構的中心的間距等于1.9～2.1mm。優選地，所述介質基板同一表面上的任兩最靠近的金屬微結構的中點的間距等于2mm；任一金屬微結構的兩第一金屬線段的長度均等于1.7mm、第二金屬線段的長度等于0.8mm，所述第一金屬線段、第二金屬線段和第三金屬線段的寬度均等于0.3mm、厚度均等于0.018mm；所述兩保護層的厚度均等于0.2mm。優選地，所述介質基板由丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物制成。優選地，所述介質基板的厚度等于4mm。一種天線系統，包括天線和設置于所述天線接收和/或發射的電磁波的傳播方向上的超材料天線罩，所述超材料天線罩包括一超材料層和兩分別覆蓋于所述超材料層的兩相對表面的保護層，所述超材料層包括一介質基板和附著于所述介質基板的兩相對表面而由相應的保護層覆蓋的多個金屬微結構，所述介質基板兩相對表面對應位置的每兩金屬微結構組成一對，每對金屬微結構的幾何形狀和尺寸均相同；每對金屬微結構中，任一金屬微結構包括兩相互平行且正對的第一金屬線段和位于所述兩第一金屬線段之間并與所述兩第一金屬線段垂直相連的第二金屬線段，所述第二金屬線段的兩端分別連接于所述兩第一金屬線段的中點，而任一表面上的金屬微結構的第二金屬線段的中點與另一表面上的金屬微結構的第二金屬線段的中點重疊，且任一表面上的金屬微結構繞以垂直于所述介質基板并通過所述中點的直線為軸旋轉90度或270度后與另一表面上的金屬微結構重疊。本發明的超材料天線罩及天線系統具有以下有益效果：由于具有特定形狀的多個金屬微結構，所述超材料天線罩及天線系統對電磁波的反射小，損耗也較小，透波效果好，因此具有良好的透波性能。附圖說明下面將結合附圖及具體實施方式對本發明作進一步說明。圖1是本發明超材料天線罩的一個結構示意圖；圖2是本發明超材料天線罩中核心層的一個平面示意圖；圖3是圖2中的一個金屬微結構的平面示意圖；圖4是本發明超材料天線罩的一個樣品的反射系數S1和透射系數S2隨電磁波的頻率變化的曲線圖；圖5是圖4中某一頻段的放大圖；圖6是本發明天線系統的一個結構示意圖。圖中各標號對應的名稱為：10、24超材料天線罩、12超材料層、14、16保護層、17介質基板、18金屬微結構、182第一金屬線段、184第二金屬線段、19超材料單元、20天線系統、22天線具體實施方式如圖1和圖2所示，本發明的超材料天線罩10包括一超材料層12和兩分別覆蓋于所述超材料層12的兩相對表面的保護層14、16。所述超材料層12包括一介質基板17和附著于所述介質基板17的兩相對表面而由相應的保護層14、16覆蓋的多個金屬微結構18，如圖2中位于由虛線形成的網格內的圖案。其中，所述多個金屬微結構18呈周期性排布，也即，所述多個金屬微結構18是周期性地排布于所述介質基板17的兩相對表面上而由所述兩保護層14、16保護起來。所述介質基板17兩...