專利名稱：帶通透波材料及其天線罩和天線系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及天線罩，更具體地說，涉及帶通透波材料及其天線罩和天線系統。
背景技術：
一般情況下，天線系統都會設置有天線罩。天線罩的目的是保護天線系統免受風雨、冰雪、沙塵和太陽輻射等的影響，使天線系統工作性能比較穩定、可靠。同時減輕天線系統的磨損、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和損耗角正切低、機械強度高的材料，如玻璃鋼、環氧樹脂、高分子聚合物等，材料的介電常數具有不可調節性。結構上多為均勻單壁結構、夾層結構和空間骨架結構等，罩壁厚度的設計需兼顧工作波長、天線罩尺寸和形狀、環境條件、所用材料在電氣和結構上的性能等因素，在保護天線免受外部環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，透波性能較差。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述透波性能較差的缺陷，提供帶通透波材料及其天線罩和天線系統。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是構造一種帶通透波材料，包括由非金屬材料制成的第一基板，以及附著在第一基板的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結構，相鄰的人造微結構之間無間隙；所述人造微結構為開設有雪花型槽結構的方形貼片，所述雪花型槽結構中還設置有十字形結構。在本發明所述的帶通透波材料中，所述十字形結構的中心與所述雪花型槽結構的
中心重合。在本發明所述的帶通透波材料中，所述雪花型槽結構包括十字形槽結構以及分別設置在所述十字形槽結構的四個端點上的四個一字形槽結構。在本發明所述的帶通透波材料中，所述十字形槽結構由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構成。在本發明所述的帶通透波材料中，所述一字形槽的槽寬大于所述一字形槽結構的槽寬。在本發明所述的帶通透波材料中，所述十字形結構由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形結構構成。在本發明所述的帶通透波材料中，所述一字形槽的槽寬為0. 9mm，所述一字形槽結構的槽寬為0. 3mm,所述一字形結構的線寬為0. 3mm。在本發明所述的帶通透波材料中，所述一字形槽結構的槽長為4mm，所述一字形槽的槽長為5_，所述一字形結構的長度為5_，相鄰人造微結構的中心之間的距離為6_。
本發明還提供一種天線罩，用于罩設在天線上，包括如上所述的帶通透波材料。本發明還提供一種天線系統，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。實施本發明的技術方案，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。可以通過調節人造微結構的形狀、尺寸，來改變材料的相對介電常數、折射率和阻抗，從而實現與空氣的阻抗匹配，以最大限度的增加入射電磁波的 透射，減少了傳統天線罩設計時對材料厚度和介電常數的限制。本發明的帶通透波材料及其天線罩和天線系統在工作頻段內的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖I是依據本發明一實施例的帶通透波材料的剖視圖；圖2是依據本發明一實施例的人造微結構在帶通透波材料的一外表面的排布示意圖；圖3是依據本發明一實施例的人造微結構在帶通透波材料的另一外表面的排布示意圖；圖4是依據本發明一實施例的人造微結構的排布示意圖；圖5是圖4中的單個人造微結構的示意圖；圖6 7是圖5中的雪花型槽結構的示意圖；圖8是圖5中的十字形結構的示意圖；圖9是依據本發明一實施例的帶通透波材料的S21參數仿真示意圖；圖10是依據本發明另一實施例的帶通透波材料的剖視圖。
具體實施例方式本發明提供一種帶通透波材料，如圖廣2所示。帶通透波材料包括由非金屬材料制成的第一基板10,以及附著在第一基板10的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結構31，相鄰的人造微結構31之間無間隙，多個人造微結構在兩相對外表面上形成兩層人造微結構層A、B。如圖2所示，人造微結構為開設有雪花型槽結構的方形貼片，雪花型槽結構中還設置有十字形結構。透波材料的剖視圖見圖I。可以理解的是，說明書附圖中示出的人造微結構的數目僅為示意，用于說明人造微結構之間的排布情況，不作為對本發明的限制。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 Density Polyethylene)、ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)、鐵電材料、或者鐵磁材料等。第一基板10優選介電常數為2. 2，損耗角正切為0. 001的材料。人造微結構31為導電材料制成的具有一定幾何圖案的平面結構。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。本發明中，優選銅或銀。第一基板10的厚度為4 6mm。圖2 3是依據本發明一實施例的人造微結構在帶通透波材料的兩外表面的排布示意圖。外表面上均排布有相同的人造微結構31，相鄰的人造微結構31之間無間隙。圖4是人造微結構31在兩外表面上的排布示意圖。圖5是圖4中的單個人造微結構31的示意圖。人造微結構31的具體幾何形狀圖案見圖51所示。人造微結構31為開設有雪花型槽結構311的方形貼片，雪花型槽結構中還設置有十字形結構312。十字形結構312的中心與雪花型槽結構311的中心重合 。雪花型槽結構311的具體形狀如圖6所示，雪花型槽結構311包括十字形槽結構3111以及分別設置在十字形槽結構3111的四個端點上的四個一字形槽結構3112。十字形槽結構3111由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構成。十字形結構312由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形結構構成。在本發明一實施例中，一字形槽的槽寬w2大于一字形槽結構3112的槽寬wl。下面將結合具體實施例來說明本發明的帶通透波材料的應用效果。在一實施例中，開設有雪花型槽結構311的方形貼片為正方形貼片，邊長a為6mm，也即相鄰人造微結構31的中心之間的距離為6mm。一字形槽的槽寬w2為0. 9mm, 一字形槽的槽長b為5mm ；一字形槽結構3112的槽寬wl為0. 3mm，一字形槽結構3112的槽長LI為4_ ;一字形結構的線寬w3為0. 3mm,—字形結構的長度L2為5mm。在本發明一實施例中,第一基板10由聚四氟乙烯(F4B)制得。人造微結構31和第二、第三人造微結構32、33由銅制成。第一基板10的介電常數為2. 2，損耗角正切為0. 001。第一基板10的厚度為5mm，人造微結構的厚度為0. 018mm。上述參數僅為一實例，并不作為對本發明的限制。人造微結構31通過蝕刻的方式附著在第一基板10上，當然人造微結構31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第一基板10上。第一基板10也可以采用其他材料制成，比如陶瓷、HIPS (耐沖擊性聚苯乙烯,High impact polystyrene)材料、鐵電材料、鐵氧材料或者鐵磁材料制成。對具有上述參數的帶通透波材料進行仿真，其S21參數仿真圖如圖9所示。由圖9可以看到，在X波段(8 12GHz)的透波系數S21很高，出現了高透波通帶，透波效果很好。而在其它頻段S21參數很小。在實際應用時，通過調節人造微結構的形狀、尺寸，可以改變材料的相對介電常數、折射率和阻抗，從而通帶向高頻或低頻移動，或者改變帶寬。在實現X波段透波的情況下還能夠抑制其它頻段的信號干擾，實現隱身的功能。帶通透波材料也可以采用多層基板，比如包括兩層基板，相鄰基板間均設有上述排布的人造微結構。如圖10所示，包括兩層基板10和20，以及三層金屬微結構層A、B、C，多個人造微結構在基板10和20的外表面以及基板10和20之間形成三層人造微結構層A、B、C。同樣能夠達到高透波帶通的效果。因此，本發明還提供一種天線罩，該天線罩由上文所述的帶通透波材料制成，用于罩設于在天線上，對天線起到保護作用的同時，還能夠保證天線在工作頻段正常工作，屏蔽掉不相關頻段，排除干擾。需要說明的是，天線罩的形狀可以為與附圖中的帶通透波材料形狀相同的平板狀，也可以根據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構拼接成需要的形狀，本發明對此不作限制。
本發明還提供一種天線系統，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。本發明的帶通透波材料及其天線罩和天線系統可工作在兩個頻段內，在此兩個頻段內的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。上面結合附圖對本發明的 實施例進行了描述，但是本發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明的啟示下，在不脫離本發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，這些均屬于本發明的保護之內。
權利要求
1.一種帶通透波材料，其特征在于，包括由非金屬材料制成的第一基板，以及附著在第一基板的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結構，相鄰的人造微結構之間無間隙； 所述人造微結構為開設有雪花型槽結構的方形貼片，所述雪花型槽結構中還設置有十字形結構。
2.根據權利要求I所述的帶通透波材料，其特征在于，所述十字形結構的中心與所述雪花型槽結構的中心重合。
3.根據權利要求I所述的帶通透波材料，其特征在于，所述雪花型槽結構包括十字形槽結構以及分別設置在所述十字形槽結構的四個端點上的四個一字形槽結構。
4.根據權利要求3所述的帶通透波材料，其特征在干，所述十字形槽結構由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形槽構成。
5.根據權利要求4所述的帶通透波材料，其特征在干，所述一字形槽的槽寬大于所述一字形槽結構的槽寬。
6.根據權利要求5所述的帶通透波材料，其特征在于，所述十字形結構由兩條尺寸相同且垂直平分的一字形結構構成。
7.根據權利要求6所述的帶通透波材料，其特征在干，所述一字形槽的槽寬為O.9mm,所述一字形槽結構的槽寬為O. 3_，所述一字形結構的線寬為O. 3_。
8.根據權利要求7所述的帶通透波材料，其特征在干，所述一字形槽結構的槽長為4mm，所述一字形槽的槽長為5mm，所述一字形結構的長度為5mm，相鄰人造微結構的中心之間的距離為6mm。
9.ー種天線罩，其特征在于，用于罩設在天線上，包括如權利要求f 8任ー項所述的帶通透波材料。
10.一種天線系統，其特征在干，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。
全文摘要
本發明涉及帶通透波材料及其天線罩和天線系統。帶通透波材料包括由非金屬材料制成的第一基板，以及附著在第一基板的兩相對外表面上且陣列排布的多個人造微結構，相鄰的人造微結構之間無間隙；所述人造微結構為開設有雪花型槽結構的方形貼片，所述雪花型槽結構中還設置有十字形結構。本發明的帶通透波材料及其天線罩和天線系統可在工作頻段內的透波效率很高，而且能夠屏蔽其他頻段，從而排除干擾，保證了天線的良好工作環境。天線加上天線罩后，天線的輻射能力得到了加強，有效提高了增益。
文檔編號H01Q15/02GK102856661SQ20121027523
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月3日 優先權日2012年8月3日
發明者劉若鵬, 趙治亞, 方小偉, 付少麗 申請人:深圳光啟創新技術有限公司