多頻段透波超材料、天線罩和天線系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料領域，具體而言，涉及一種多頻段透波超材料、天線罩和天線系統。
【背景技術】
[0002]一般地，天線都會設置有天線罩，用于保護天線不受風雨、冰雪等的環境影響。現有天線罩基本是純材料天線罩，只起到保護天線的作用，使用純材料天線罩在一定的范圍內會影響天線的性能。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，利用半波長或四分之一波長理論，并根據不同的天線頻率，改變純材料的厚度，用以減小對電磁波的透波響應。在設計制作純材料天線罩的時候，當天線的輻射波波長過長時，利用半波長或四分之一波長理論，純材料天線罩會顯得比較厚，進而使得整個天線罩的重量過大。另外，普通的純材料天線罩在寬帶寬角內的透波特性較差，影響天線性能，且對于多頻段工作的天線而言，現有的天線罩都難以達到很好的透波效果。
[0003]針對現有技術中對多頻段工作的天線的透波效果不好的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
【發明內容】
[0004]本發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，以解決對多頻段工作的天線的透波效果不好的問題。
[0005]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，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層和至少兩層導電幾何結構層，所述至少兩層導電幾何結構設置在相鄰的兩層所述介質層之間；
[0006]其中，該多頻段透波超材料的導電幾何結構層和介質層使得該多頻段透波超材料具有這樣的介電常數和磁導率:使得電磁波在通過該多頻段透波超材料時，在多個工作頻段內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]本發明的一個方面還提供了一種天線罩，包括上述多頻段透波超材料。
[0008]本發明的另一個方面還提供了一種天線系統，包括上述天線罩，所述天線罩罩設在天線上。
[0009]通過本發明，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層和至少兩層導電幾何結構，其中，至少兩層導電幾何結構設置在相鄰的兩層介質層之間，解決了多頻段工作的天線的透波效果不好的問題，進而達到了多頻段透波的效果。
【附圖說明】
[0010]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中:
[0011]圖1是根據本發明實施例的功能層的剖視圖；
[0012]圖2是根據本發明實施例的耶路撒冷十字型結構的示意圖；
[0013]圖3是根據本發明第一實施例的高通濾波超材料的S21參數仿真曲線示意圖；
[0014]圖4是根據本發明第二實施例的高通濾波超材料的S21參數仿真曲線示意圖；
[0015]圖5是根據本發明實施例的田字型結構的示意圖；
[0016]圖6是根據本發明第一實施例的帶通濾波超材料的S21參數仿真曲線示意圖；
[0017]圖7是根據本發明第二實施例的帶通濾波超材料的S21參數仿真曲線示意圖；
[0018]圖8示出了根據本發明的帶阻透波超材料實施例一的主視示意圖；
[0019]圖9示出了實施例一的帶阻透波超材料的S21參數仿真曲線示意圖；
[0020]圖10示出了根據本發明的帶阻透波超材料實施例二的主視示意圖；
[0021]圖11示出了實施例二的TE模和TM模的S21參數仿真曲線示意圖；
[0022]圖12示出了根據本發明的帶阻透波超材料實施例三的側視示意圖；
[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S21參數仿真曲線示意圖；
[0025]圖15示出了根據本發明的帶阻透波超材料實施例四的TE模的S21參數仿真曲線示意圖；
[0026]圖16示出了根據本發明的帶阻透波超材料實施例四的TM模的S21參數仿真曲線示意圖；
[0027]圖17示出了根據本發明的帶阻透波超材料實施例五中的其中一層功能層的主視示意圖；
[0028]圖18示出了根據本發明的帶阻透波超材料實施例五的側視示意圖；
[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S21參數仿真曲線示意圖；
[0031]圖21示出了實施例一的低通透波超材料的側視示意圖；
[0032]圖22示出了實施例一的低通透波超材料的S21參數仿真曲線示意圖；
[0033]圖23示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為0°時，TE模的頻率響應仿真圖；
[0034]圖24示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為10°時，TE模的頻率響應仿真圖；
[0035]圖25示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為20°時，TE模的頻率響應仿真圖；
[0036]圖26示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為30°時，TE模的頻率響應仿真圖；
[0037]圖27示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為0°時，TM模的頻率響應仿真圖；
[0038]圖28示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為10°時，TM模的頻率響應仿真圖；
[0039]圖29示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為20°時，TM模的頻率響應仿真圖；
[0040]圖30示出了實施例二的低通透波超材料在電磁波入射角為30°時，TM模的頻率響應仿真圖；
[0041]圖31示出了根據本發明的低通透波超材料的實施例三中的第二結構層的主視示意圖；
[0042]圖32示出了根據本發明的低通透波超材料的實施例三的側視示意圖；
[0043]圖33示出了圖32的低通透波超材料的S21參數仿真曲線示意圖；
[0044]圖34是根據本發明又一實施例的多頻段透波超材料的結構層中的耶路撒冷十字型結構圖意圖；
[0045]圖35是根據圖34所示的耶路撒冷十字型結構中十字型結構的示意圖；
[0046]圖36是根據本發明又一實施例的多頻段透波超材料的結構層中導電幾何結構的分布圖；
[0047]圖37是根據本發明又一實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是根據本發明又一實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。
【具體實施方式】
[0049]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。
[0050]本發明實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層和至少兩層導電幾何結構，其中，至少兩層導電幾何結構設置在相鄰的兩層介質層之間；其中，該多頻段透波超材料的導電幾何結構層和介質層使得該多頻段透波超材料具有這樣的介電常數和磁導率:使得電磁波在通過該多頻段透波超材料時，在多個工作頻段內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，當采用不同的功能層進行耦合時，根據不同的功能層的透波性能可以實現對雙頻或者多頻段的頻率的透波作用。例如，當選擇選擇兩個不同頻段的帶通透波超材料功能層時，由于兩個帶通透波超材料功能層的透波頻段不同，可以實現兩端帶通頻率的透波作用。
[0051]另外，在本發明實施例多頻段透波超材料的一個功能層中，包括至少兩層介質層和至少兩層導電幾何結構，其中，至少兩層導電幾何結構設置在相鄰的兩層介質層之間，導電幾何結構為具有導電性能的幾何結構。導電幾何結構可以采用金屬材料，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電幾何結構，可以調節高通濾波超材料的介電常數和磁導率，可以使得在天線的電磁波透過本發明實施例中提供的多頻段濾波超材料時，多個頻段的電磁波能高效率穿透，達到多頻段透波的效果。另外，介質層具有一定的機械強度，介質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。介質層使得多頻段透波超材料具有一定的機械特性。
[0052]優選地，本發明實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，該功能層包括介質層10和導電幾何結構20，導電幾何結構20置于介質層10上。導電幾何結構20包括多個網格狀導電幾何結構，至少部分導電幾何結構中設置有導電線材，其中，介質層10具有一定的機械強度，介質層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。導電幾何結構為具有導電性能的幾何結構，該導電幾何結構可以是具有導電性的十字型的幾何結構。導電幾何結構可以采用金屬材料，如金、銀、銅等等，也可以采用非金屬材料，如石墨等。導電幾何結構的十字型結構包括十字型變形后的形狀，例如耶路撒冷十字型等。
[0053]通過本發明實施例，將導電幾何結構20置于介質層10上，通過采用不同的介質層10，以及根據不同的介質層10調整網格狀導電幾何結構，以調節高通透波超材料的介電常數和磁導率，可以使得在天線的電磁波透過本發明實施例中提供的高通透波超材料時，工作頻段內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]優選地，本發明實施例的高通透波超材料中多個網格狀的導電幾何結構可以是周期性排布，也可以是非周期性排布，可以根據天線工作頻率進行調整，其中，周期性排布和非周期性排布的排布規律均可以根據天線的工作參數進行調整，以實現電容和電感的調節。
[0055]進一步地，周期性排布或者非周期性排布的多個網格狀的導電幾何結構可以為三角形、四邊形、五邊形、六邊形、圓形、橢圓形中至少一種。其中，網格狀中的網格可以是封閉的，也可以是開口的。多個網格狀的導電幾何結構可以是平面結構也可以是立體結構，導電幾何結構為平面結構時，導電線材位于多個網格狀的導電幾何結構內；網格狀的導電幾何結構為立體結構時，導電線材與多個網格狀的導電幾何結構位于不同的平面。
[0056]其中，導電線材與網格狀的導電幾何結構可以電性隔絕，導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構。導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構中任意一種結構，也可以是其中的任意幾種的組合。其中，十字型的變形結構可以是耶路撒冷十字形結構。
[0057]優選地,導電幾何結構為金屬導電幾何結構，金屬導電幾何結構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。金屬導電幾何結構并不限于金、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，也可以是多中狀態下的金屬材料的組合使用。通過本實施例，采用金屬導電幾何結構，能夠使高頻段的電磁波更易穿透高通透波超材料。
[0058]優選地，介質