可选择性透波的超材料及天线罩的制作方法与工艺

本发明涉及一种材料及天线罩，更具体地说，涉及一种可选择性透波的超材料及天线罩。

背景技术：
天线罩用来保护天线系统免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线系统工作性能比较稳定可靠，同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命。对于高速飞行的飞行器，天线罩还可以解决高温、空气动力负荷和其它负荷给天线带来的问题。目前制备天线罩的材料多采用介电常数和损耗角正切低、而机械强度高的材料，如玻璃钢、环氧树脂、高分子聚合物等，结构上多为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等。在由上述现有的材料制成的天线罩中，由于罩壁厚度的设计需兼顾工作波长、天线罩尺寸、形状、环境条件、所用材料在电气和结构上的性能等因素，在保证高透射率的条件下通常不具备选择性透波功能，因此，天线系统容易受到外部电磁波的干扰。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种可选择性透波的超材料。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可选择性透波的超材料，该材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括至少一块介质基板及设置在所述介质基板上的人造金属微结构，所述介质基板虚拟地划分为多个阵列排布的介质基板单元，每个介质基板单元表面虚拟地建立平面直角坐标系，位于所述坐标系的每一象限内均设置有附着在介质基板上的一个第一人造金属微结构，位于所述坐标系的坐标轴上设置有一个附着在所述介质基板上的第二人造金属微结构，其中，所述第一人造金属微结构呈王字形或倒王字形结构，所述第二人造金属微结构呈十字形结构。进一步地，所述介质基板单元位于所述坐标系的第一象限与第三象限内的第一人造金属微结构呈王字形结构。进一步地，所述介质基板单元位于所述坐标系的第二象限与第四象限内的第一人造金属微结构呈倒王字形结构。进一步地，所述人造金属微结构由铜线或银线制成。进一步地，所述介质基板由陶瓷材料、聚四氟乙烯材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或FR-4环氧玻璃纤维制成。进一步地，所述材料片层还包括另一块盖设在所述人造金属微结构上的介质基板，使所述人造金属微结构位于所述两块介质基板之间。本发明还公开了一种天线罩，所述天线罩由可选择性透波的超材料制成，该材料包括至少一个材料片层，每个材料片层包括至少一块介质基板及设置在所述介质基板上的人造金属微结构，所述介质基板虚拟地划分为多个阵列排布的介质基板单元，每个介质基板单元表面虚拟地建立平面直角坐标系，位于所述坐标系的每一象限内均设置有附着在介质基板单元上的一个第一人造金属微结构，位于所述坐标系的坐标轴上设置有附着在所述介质基板上的第二人造金属微结构，其中，所述第一人造金属微结构呈王字形或倒王字形结构，所述第二人造金属微结构呈十字形结构。进一步地，所述介质基板单元位于所述坐标系的第一象限与第三象限内的第一人造金属微结构呈王字形结构。进一步地，所述介质基板单元位于所述坐标系的第二象限与第四象限内的第一人造金属微结构呈倒王字形结构。进一步地，所述材料片层还包括另一块盖设在所述人造金属微结构上的介质基板，使所述人造金属微结构位于所述两块介质基板之间。实施本发明具有以下有益效果：通过合理设计人造金属微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现该材料的阻抗与空气的阻抗值基本相等，即实现阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射，所以减少了入射电磁波由空气进入该材料时的反射；此外，其还可进行频率选择，可根据需要调整相应透波和滤波频率。附图说明图1是本发明一种实施例的可选择性透波的超材料一个材料片层的结构示意图；图2是实施例中人造金属微结构层的结构示意图；图3是实施例中金属微结构单元的结构示意图；图4是本发明实施例提出的可选择性透波的超材料S参数仿真图。具体实施方式超材料是一种人工电磁材料，其是指将金属片镂刻成特定形状的拓扑金属微结构，并将所述特定形状的拓扑金属微结构设置于一定介电常数和磁导率基材上而加工制造的等效特种电磁材料，其性能参数主要取决于其亚波长的特定形状的拓扑金属微结构。在谐振频段，人工电磁材料通常体现出高度的色散特性，换言之，其阻抗、容感性、等效的介电常数和磁导率随着频率会发生剧烈的变化。因而可采用人工电磁材料技术对天线罩的基本特性进行改造。请参阅图1至图3，本发明提供一种可选择性透波的超材料，该材料包括一个材料片层，所述材料片层包括两块介质基板1夹在所述两介质基板1中间的人造金属微结构，所述两介质基板1中间的人造金属微结构形成人造金属微结构层2。所述介质基板1为由陶瓷材料、聚四氟乙烯材料、铁电材料、铁氧材料、铁磁材料或FR-4环氧玻璃纤维制成。在本实施例中，所述介质基板1为FR-4环氧玻璃纤维制成，其具有低价位，良好接着力，低吸湿性，绝缘性好，耐燃性好，稳定性好，电气性能好等优点。所述一个介质基板1虚拟地划分为多个阵列排布的介质基板单元，每个介质基板单元对应一个金属微结构单元21。每个介质基板单元表面虚拟地建立平面直角坐标系，位于所述坐标系的每一象限内均设置有附着在介质基板1上的一个第一人造金属微结构211，位于所述坐标系的坐标轴上设置有一个附着在所述介质基板1上的第二人造金属微结构212，其中，所述第一人造金属微结构211呈王字形或倒王字形结构，所述第二人造金属微结构212呈十字形结构。在本实施例中，所述介质基板单元位于所述坐标系的第一象限与第三象限内的第一人造金属微结构211呈王字形结构；所述介质基板单元位于所述坐标系的第二象限与第四象限内的第一人造金属微结构211呈倒王字形结构，即所述四个王字形金属结构是由其中一象限的王字形金属结构围绕垂直于微结构平面的中心轴依次旋转90°而成，它们在平面内具有90°旋转不变性。所述第二人造金属微结构212的正投影位于所述坐标系的横轴和纵轴上，从而形成每个介质基板单元附着有五个金属微结构的形式。所述人造金属微结构可由铜线或银线制成，在本实施例中，其由银线制成。制作本发明时采用先在一介质基板1上印制所述人造金属微结构，然后再盖设另一介质基板1的设计，因而很大程度上降低了工艺复杂性和操作成本。本发明的透波材料应用在天线罩上时，电磁波通过所述可选择性透波的超材料的仿真图如图4所示，仿真结果显示：在频率1.86GHz和2.31GHz附近，天线罩具有良好的透波性能。另外，在1.7GHz和2.05GHz附近，天线罩的透射系数S21接近-50dB，透射最小，具有带阻性质。在此频点附近可以作为选择性滤波功能使用，因此，本发明的透波材料应用在天线罩上时，则可削弱无用的电磁波对天线的干扰，增强整个天线通信系统的性能。当需要在其他频段与空气进行匹配时，可以通过改变材料单元的尺寸或者造金属微结构尺寸来实现，尺寸变小匹配频段后移，尺寸变大匹配频段前移。综上所述，本发明通过合理设计人造金属微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现该材料的阻抗与空气的阻抗值基本相等，即实现阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射，所以减少了入射电磁波由空气进入该材料时的反射；此外，其还可进行频率选择，可根据需要调整相应透波和滤波频率。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。