超材料透波结构、天线罩和天线系统的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种超材料透波结构、天线罩和天线系统。

背景技术：

C波段是指电磁波的频率在4GHz到8GHz的一段频带，现有的单层结构的超材料微结构对于C波段的电磁波的透波性能不佳，透波率低，因而存在一定的使用局限性，从而使天线罩或天线系统不能高效地接受到C波段的电磁波。

同时，也导致天线罩或天线系统不能有效地截止C波段之外的电磁波，进而导致天线罩或天线系统的低频工作的频选带宽的宽度过窄。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种超材料透波结构、天线罩和天线系统。以解决现有技术中的超材料透波结构在C波段的电磁波透波率低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种超材料透波结构，包括：多个基板；中间导电几何结构层，中间导电几何结构层由依次排布的多个中间导电几何结构单元组成，每个中间导电几何结构单元包括第一导电外环边框和位于第一导电外环边框内侧的第一导电贴片；两个端部导电几何结构层，两个端部导电几何结构层分别设置在中间导电几何结构层的两侧，每个端部导电几何结构层由依次排布的多个端部导电几何结构单元组成，端部导电几何结构单元包括第二导电外环边框和位于第二导电外环边框内侧的第二导电贴片，其中，中间导电几何结构层和两个端部导电几何结构层分别设置在基板上。

进一步地，中间导电几何结构单元与中间导电几何结构单元两侧的两个端部导电几何结构单元所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合。

进一步地，中间导电几何结构单元与中间导电几何结构单元两侧的两个端部导电几何结构单元所在区域在叠置方向上的投影重合。

进一步地，第一导电外环边框与第一导电贴片呈间隙设置，第二导电外环边框与第二导电贴片呈间隙设置。

进一步地，中间导电几何结构层上的多个第一导电外环边框一体连接设置，端部导电几何结构层上的多个第二导电外环边框一体连接设置。

进一步地，第一导电外环边框为第一正六边形环，第二导电外环边框为第二正六边形环，第一正六边形环和第二正六边形环的外边缘在叠置方向上的投影重合。

进一步地，第一导电贴片呈圆形。

进一步地，第一导电外环边框的几何中心点与第一导电贴片的几何中心点重合。

进一步地，第二导电贴片呈正六边形。

进一步地，第二导电外环边框的几何中心点与第二导电贴片的几何中心点重合。

进一步地，呈正六边形环的第二导电外环边框的各顶角与呈正六边形的第二导电贴片的各顶角对应设置。

进一步地，中间导电几何结构单元和端部导电几何结构单元均为正六边形结构。

进一步地，中间导电几何结构单元和端部导电几何结构单元均呈周期行列排布，相邻两行的中间导电几何结构单元错开设置，相邻两行的端部导电几何结构单元错开设置。

进一步地，同一块基板上的多个中间导电几何结构单元呈规则的蜂窝状排列设置，同一块基板上的多个端部导电几何结构单元呈规则的蜂窝状排列设置。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种天线罩，包括超材料透波结构，超材料透波结构是上述的超材料透波结构。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种天线系统，包括天线罩，天线罩是上述的天线罩。

应用本实用新型的技术方案，通过将两个端部导电几何结构层分别设置在中间导电几何结构层的两侧，两个端部导电几何结构层和中间导电几何结构层发生相互耦合作用能够拓宽超材料透波结构对电磁波的频选带宽。

由于中间导电几何结构层由依次排布的多个中间导电几何结构单元组成，每个中间导电几何结构单元包括第一导电外环边框和位于第一导电外环边框的内侧的第一导电贴片；第一导电外环边框等效于电感L，第一导电外环边框和第一导电贴片之间等效于电容C，两者组成一个LC电路，存在一个谐振频率。每个端部导电几何结构层由依次排布的多个端部导电几何结构单元组成，每个端部导电几何结构单元包括第二导电外环边框和位于第二导电外环边框的内侧的第二导电贴片，第二导电外环边框等效于电感L，第二导电外环边框和第二导电贴片之间等效于电容C，两者组成一个LC电路，存在一个谐振频率；嵌套式的中间导电几何结构单元和两个嵌套式的端部导电几何结构单元共同作用，从而使两个端部导电几何结构单元的谐振频率和中间导电几何结构单元的谐振频率之间的频带存在谐振，进而使超材料透波结构具有高透波率的特点，拓宽了超材料透波结构对电磁波的频选带宽以提高超材料透波结构在C波段的电磁波的透波率，同时使超材料透波结构有效地截止C波段之外的电磁波。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种可选实施例的带有一个中间导电几何结构单元、两个端部导电几何结构单元和基板的超材料透波结构的结构示意图；

图2示出了图1的一个端部导电几何结构单元和基板的装配结构示意图；

图3示出了图1的A-A处的一个中间导电几何结构单元和基板的的装配结构示意图；

图4示出了根据本实用新型的一种可选实施例的呈规则的蜂窝状排列设置的中间导电几何结构单元的超材料透波结构示意图；

图5示出了图1中的超材料透波结构在透过TE波时，在0到16GHz的频带范围内的透波率变化曲线示意图；

图6示出了图5中TE波的透波率变化曲线2GHz到10GHz的频带的示意图；

图7示出了图1中的超材料透波结构在透过TM波时，在0到16GHz的频带范围内的透波率变化曲线示意图；

图8示出了图7中TM波的透波率变化曲线2GHz到10GHz的频带的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、中间导电几何结构单元；11、第一导电外环边框；12、第一导电贴片；20、端部导电几何结构单元；21、第二导电外环边框；22、第二导电贴片；30、基板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为了解决现有技术中的超材料透波结构在C波段的电磁波透波率低的问题，本实用新型提供了一种超材料透波结构、天线罩和天线系统。其中，超材料透波结构是下述的超材料透波结构。天线罩包括超材料透波结构；天线系统包括天线罩，天线罩是上述的天线罩。

如图1至3所示，超材料透波结构包括多个基板30、中间导电几何结构层和两个端部导电几何结构层；中间导电几何结构层由依次排布的多个中间导电几何结构单元10组成，每个中间导电几何结构单元10包括第一导电外环边框11和位于第一导电外环边框11内侧的第一导电贴片12，两个端部导电几何结构层分别设置在中间导电几何结构层的两侧，每个端部导电几何结构层由依次排布的多个端部导电几何结构单元20组成，端部导电几何结构单元20包括第二导电外环边框21和位于第二导电外环边框21内侧的第二导电贴片22，其中，中间导电几何结构层和两个端部导电几何结构层分别设置在基板30上。

通过将两个端部导电几何结构层分别设置在中间导电几何结构层的两侧，两个端部导电几何结构层和中间导电几何结构层发生相互耦合作用能够拓宽超材料透波结构对电磁波的频选带宽。

由于中间导电几何结构层由依次排布的多个中间导电几何结构单元10组成，每个中间导电几何结构单元10包括第一导电外环边框11和位于第一导电外环边框11的内侧的第一导电贴片12；第一导电外环边框11等效于电感L，第一导电外环边框11和第一导电贴片12之间等效于电容C，两者组成一个LC电路，存在一个谐振频率。每个端部导电几何结构层由依次排布的多个端部导电几何结构单元20组成，每个端部导电几何结构单元20包括第二导电外环边框和位于第二导电外环边框的内侧的第二导电贴片，第二导电外环边框等效于电感L，第二导电外环边框21和第二导电贴片22之间等效于电容C，两者组成一个LC电路，存在一个谐振频率；嵌套式的中间导电几何结构单元10和两个嵌套式的端部导电几何结构单元20共同作用，从而使两个端部导电几何结构单元20的谐振频率和中间导电几何结构单元10的谐振频率之间的频带存在谐振，进而使超材料透波结构具有高透波率的特点，拓宽了超材料透波结构对电磁波的频选带宽以提高超材料透波结构在C波段的电磁波的透波率，同时使超材料透波结构有效地截止C波段之外的电磁波。

可选地，中间导电几何结构单元10与中间导电几何结构单元10两侧的两个端部导电几何结构单元20所在区域在叠置方向上的投影至少部分重合。

为了使中间导电几何结构单元10和两个端部导电几何结构单元20在基板30上合理排布而有效地利用基板30，且同时进一步提高透波性能，进一步可选地，中间导电几何结构单元10与中间导电几何结构单元10两侧的两个端部导电几何结构单元20所在区域在叠置方向上的投影重合。

如图2和图3所示，第一导电外环边框11与第一导电贴片12呈间隙设置，第二导电外环边框21与第二导电贴片22呈间隙设置。这样使超材料透波结构具有可靠透波性能。

如图4所示，中间导电几何结构层上的多个第一导电外环边框11一体连接设置，端部导电几何结构层上的多个第二导电外环边框21一体连接设置。

如图3所示，第一导电外环边框11为第一正六边形环，第二导电外环边框21为第二正六边形环，第一正六边形环和第二正六边形环的外边缘在叠置方向上的投影重合。

可选地，第一正六边形环的线宽W1大于等于0.9mm且小于等于1.1mm。优先地，第一正六边形环的线宽W11为1mm。

可选地，第一正六边形环的外接圆半径R大于等于13.5mm且小于等于16.5mm。优先地，第一正六边形环的外接圆半径R为15mm。

可选地，第一导电贴片12呈圆形，圆形的半径R1大于等于6.03mm且小于等于7.37mm。优先地，圆形的半径R1为6.7mm。

如图3所示，第一导电外环边框11的几何中心点与第一导电贴片12的几何中心点重合。

可选地，第二正六边形环的线宽W11大于等于0.18mm且小于等于0.22mm。优先地，第二正六边形环的线宽W11为0.2mm。

可选地，第二正六边形环的外接圆半径R’大于等于13.5mm且小于等于16.5mm。优选地，二正六边形环的外接圆半径R’为15mm。

如图3所示，第二导电贴片22呈正六边形，第二导电贴片22的外接圆半径R11大于等于6.12mm且小于等于7.48mm。优选地，第二导电贴片22的外接圆半径R11为6.3mm。

如图2所示，第二导电外环边框21的几何中心点与第二导电贴片22的几何中心点重合。

如图2所示，呈正六边形环的第二导电外环边框21的各顶角与呈正六边形的第二导电贴片22的各顶角对应设置。

可选地，中间导电几何结构单元和端部导电几何结构单元均为正六边形结构。

可选地，中间导电几何结构单元和端部导电几何结构单元均呈周期行列排布，相邻两行的中间导电几何结构单元错开设置，相邻两行的端部导电几何结构单元错开设置。

如图4所示，同一块基板30上的多个中间导电几何结构单元10呈规则的蜂窝状排列设置，同一块基板30上的多个端部导电几何结构单元20呈规则的蜂窝状排列设置。

在图4示出的可选实施例中，呈规则的蜂窝状排列设置的相邻的两个中间导电几何结构单元10的中心距离大于等于23.38mm且小于等于28.58mm，呈规则的蜂窝状排列设置的相邻的两个端部导电几何结构单元20的中心距离大于等于23.38mm且小于等于28.58mm。

优选地，呈规则的蜂窝状排列设置的相邻的两个中间导电几何结构单元10的中心距离为25.98mm，呈规则的蜂窝状排列设置的相邻的两个端部导电几何结构单元20的中心距离为25.98mm。

可选地，第一导电外环边框11、第一导电贴片12、第二导电外环边框21和第二导电贴片22均由铜片制成，进一步可选地，铜片的厚度为0.01mm至0.02mm。

可选地，基板30由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料中的一种制成。可选地，基板30的厚度范围在4.5mm到5.5mm之间，介电常数为：3.8*(1-0.01*i)，i为虚数。

应用上述的超材料透波结构，当电磁波垂直于端部导电几何结构单元20入射的情况下，C波段(4GHz到8GHz)的电磁波的透波率大于-0.5dB，S波段(2GHz到4GHz)和X波段(8GHz到12GHz)的平均截止透波率小于-20dB，低频段-10dB的截止频带为0～2.24GHz，高频段-10dB的截止频带为8.62GHz到12.91GHz，由此可知，应用本实用新型的超材料透波结构有效地扩宽了超材料透波结构的频选带宽的宽度，从而使超材料透波结构有效地接收C波段的电磁波，提高了天线罩和天线系统的实用性。

可选地，基板30由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料中的一种制成。

可选地，中间导电几何结构单元10和端部导电几何结构单元20由导电材料制成。

图5示出了应用本实用新型的超材料透波结构在透过TE波时，在0到16GHz的频带范围的透波率变化曲线示意图；图6示出了图5中TE波的透波率变化曲线在2GHz到10GHz的频带范围内的示意图。可见，TE波在透过超材料透波结构时，93.5％的C波段的电磁波透过了超材料透波结构，即C波段的电磁波的透波率为-0.29dB，因此，该种超材料透波结构对于C波段的TE波具有很好的透波性能。

不仅如此，该超材料透波结构对低频段-10dB的截止频带范围为0GHz到2.24GHz，高频段-10dB的截止频带范围为8.62GHz到12.91GHz，因此该超材料透波结构对C波段之外的电磁波具有很高的截止特性。

图7示出了应用本实用新型的超材料透波结构在透过TM波时，在0到16GHz的频带范围的透波率变化曲线示意图；图8示出了图7中TM波的透波率变化曲线在2GHz到10GHz的频带范围内的示意图。可见，TM波在透过超材料透波结构时，93.3％的C波段的电磁波透过了超材料透波结构，即C波段的电磁波的透波率为-0.29dB，因此，该种超材料透波结构对于C波段的TM波具有很好的透波性能。

不仅如此，该超材料透波结构对低频段-10dB的截止频带范围为0GHz到2.25GHz，高频段-10dB的截止频带范围为8.59GHz到12.91GHz，因此该超材料透波结构对C波段之外的电磁波具有很高的截止特性。

因此，对于垂直于超材料透波结构入射的电磁波，超材料透波结构不仅具有C波段高透波的优点，还在L波段(0GHz到2GHz)和X波段(8GHz到12GHz)具有-10dB的截止透波率。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图 包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。