微结构、微结构层、超材料和天线罩的制作方法

本发明涉及超材料技术领域，具体而言，涉及一种微结构、微结构层、超材料和天线罩。

背景技术

随着科技的不断发展，人们控制电磁波的需求越来越强烈，对电磁波的有效控制能够不断地满足人们生产生活中的需要，从而为人们的生产生活提供便利。

超材料是一种常用的结构材料，其具有一定的电磁波响应特性，通过改变超材料的结构组成，当电磁波接触到超材料的表面时，能够有效地改变超材料对特定频段的电磁波的吸收性能、反射性能或透射性能。

现有超材料电磁响应调控的方法主要有两种：其一，改变介质叠层；其二，改变金属微结构层。但上述两种方法实施过程复杂、繁琐。为此，本发明提出了一种调控超材料电磁响应特性的简便方法，该方法在保持超材料介质叠层不变的情况下对金属微结构进行有规律的变化，从而实现对超材料电磁响应特性的调控。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种微结构、微结构层、超材料和天线罩，以解决现有技术中的超材料电磁响应特性调控困难的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种微结构，微结构呈环状，呈环状的微结构围成第一区域；微结构包括：第一连接边，第一连接边的一部分朝向第一区域的一侧凸出设置以形成第一凸出部；与第一连接边相连的第二连接边，第二连接边的一部分向背离第一区域的一侧凸出设置以形成第二凸出部。

进一步地，第一凸出部为多个，多个第一凸出部相间隔地排列；和/或第二凸出部为多个，多个第二凸出部相间隔地排列。

进一步地，第一凸出部和/或第二凸出部呈锯齿状。

进一步地，第一凸出部和/或第二凸出部呈矩形。

进一步地，第一连接边和第二连接边均为多个，多个第一连接边和多个第二连接边依次交替连接。

进一步地，第一连接边和第二连接边均为三个，三个第一连接边和三个第二连接边围成六边环状结构。

进一步地，第一连接边的长度大于等于1.5mm且小于等于6mm；和/或第二连接边的长度大于等于1.5mm且小于等于6mm。

进一步地，第一连接边和第二连接边由金属制成。

根据本发明的另一方面，提供了一种微结构层，包括多个微结构，多个微结构在平面内沿第一方向和与第一方向之间具有夹角的第二方向依次排布，微结构为上述的微结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种超材料，包括：软板；微结构层，微结构层为两层，两层微结构层分别设置在软板的两侧；微结构层为上述的微结构层。

进一步地，超材料还包括预浸料层，预浸料层为两层，两层预浸料层一一对应地设置在两层微结构层的背离软板的一侧。

进一步地，两层预浸料层中的一层为功能层，功能层的厚度大于等于2mm且小于等于10mm；两层预浸料层中的另一层为保护层，保护层的厚度大于等于0.2mm且小于等于2mm。

进一步地，超材料还包括胶膜层，微结构层通过胶膜层与预浸料层连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种天线罩，包括天线罩本体和设置在天线罩本体的表面上的超材料，超材料为上述的超材料。

应用本发明的技术方案，由于呈环状的微结构包括第一连接边和与第一连接边相连的第二连接边，第一连接边的一部分朝向第一区域的一侧凸出设置以形成第一凸出部；第二连接边的一部分向背离第一区域的一侧凸出设置以形成第二凸出部。这样，第一凸出部和第二凸出部的设置改变了微结构的形状结构，从而有效地改善了包含有本发明中的微结构的超材料的带阻特性，通过设置不同数量的第一凸出部和第二凸出部还能够灵活地调控超材料的带阻特性，此外，相比于包含有由传统的正六边形的微结构周期排布而形成的微结构层的超材料，在不改变超材料的电磁波响应特性的前提下，本发明的超材料有效地减小了超材料对电磁波的截止频带的宽度，改变了超材料的谐振频率，提高了超材料对低频波段的电磁波的截止性能；进而使设置有本发明中的超材料的天线罩能够对特定宽度要求的截止频带范围内的电磁波进行有效地截止屏蔽，保证了天线罩的抗电磁波干扰能力，提高了天线罩的实用性。

附图说明

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

图1示出了现有技术中的一种微结构的结构示意图；

图2示出了本发明的实施例一的微结构的结构示意图；

图3示出了本发明的实施例二的微结构的结构示意图；

图4示出了本发明的实施例三的微结构的结构示意图；

图5示出了本发明的实施例四的微结构的结构示意图；

图6示出了本发明的实施例五的微结构的结构示意图；

图7示出了本发明的一种可选实施例的超材料的主视示意图；

图8示出了图7中的超材料的侧视示意图；

图9示出了包含了设置有图1中的微结构的超材的传输特性曲线以及包含了设置有本发明的实施例一至实施例五中的微结构的五种超材料的传输特性曲线的透波率变化示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、软板；2、微结构层；4、预浸料层；41、功能层；42、保护层；5、胶膜层；10、第一区域；20、第一连接边；21、第一凸出部；30、第二连接边；31、第二凸出部。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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发明的示例性实施方式。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、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

为了解决现有技术中的超材料电磁响应特性调控困难的问题，本发明提供了一种微结构、微结构层、超材料和天线罩，其中，多个微结构在平面内沿第一方向和与第一方向之间具有夹角的第二方向依次排布以形成上述和下述的微结构层，如图7和图8所示，超材料包括软板1和微结构层2，微结构层2为两层，两层微结构层2分别设置在软板1的两侧；微结构层2为上述和下述的微结构层。

可选地，第一方向和与第二方向之间具有90°夹角。

需要说明的是，微结构在组成微结构层2的过程中，相邻的两个微结构接触设置，或相邻的两个微结构间隔设置。优选地，两个微结构的间隔距离为0.005mm。

如图2至图7所示，本发明中的微结构呈环状，呈环状的微结构围成第一区域10；微结构包括第一连接边20和与第一连接边20相连的第二连接边30，第一连接边20的一部分朝向第一区域10的一侧凸出设置以形成第一凸出部21，第二连接边30的一部分向背离第一区域10的一侧凸出设置以形成第二凸出部31。

由于呈环状的微结构包括第一连接边20和与第一连接边20相连的第二连接边30，第一连接边20的一部分朝向第一区域10的一侧凸出设置以形成第一凸出部21；第二连接边30的一部分向背离第一区域10的一侧凸出设置以形成第二凸出部31。这样，第一凸出部21和第二凸出部31的设置改变了微结构的形状结构，从而有效地改善了包含有本发明中的微结构的超材料的带阻特性，通过设置不同数量的第一凸出部21和第二凸出部31还能够灵活地调控超材料的带阻特性，此外，相比于包含有由传统的正六边形的微结构(如图1中所示)周期排布而形成的微结构层的超材料，在不改变超材料的电磁波响应特性的前提下，本发明的超材料有效地减小了超材料对电磁波的截止频带的宽度，改变了超材料的谐振频率，提高了超材料对低频波段的电磁波的截止性能；进而使设置有本发明中的超材料的天线罩能够对特定宽度要求的截止频带范围内的电磁波进行有效地截止屏蔽，保证了天线罩的抗电磁波干扰能力，提高了天线罩的实用性。

需要说明的是，图2至图6分别示出了五种不同形状结构的微结构，分别为本发明的实施例一至实施例五的微结构的结构示意图。

其中，如图2所示，实施例一中的微结构的第一连接边20上设置有一个第一凸出部21，第二连接边30上设置有一个第二凸出部31，且第一凸出部21和第二凸出部31均设置在各自连接边的中间位置。

如图3至图6所示，实施例二至实施五中的微结构相比于实施例一中的微结构的区别为，第一凸出部21为多个，多个第一凸出部21相间隔地排列；且多个第一凸出部21均相同并将各自连接边进行了等分；和/或第二凸出部31为多个，多个第二凸出部31相间隔地排列，且多个第二凸出部31均相同并将各自连接边进行了等分。这样，通过设置第一凸出部21和/或第二凸出部31为不同的数量，能够有效地控制超材料对电磁波的截止频带的宽度，且能够合理地规划截止频带位于低频波段和高频波段之间的位置，从而更有利于控制超材料的带阻特性。

具体地，实施例二中的微结构的第一连接边20上设置有两个第一凸出部21，第二连接边30上设置有两个第二凸出部31。

当然，在其它实施中，第一连接边20上还可以设置有六个、七个、八个、九个、十个等等数量更多的第一凸出部21，第二连接边30上还可以设置有六个、七个、八个、九个、十个等等数量更多的第二凸出部31，在此不做限定。

当然，在其它实施中，第一连接边20上所设置的第一凸出部21的个数和第二连接边30上所设置的第二凸出部31的个数还可以不相等，例如，第一连接边20上设置有六个第一凸出部21，第二连接边30上设置有八个第二凸出部31，或者，第一连接边20上设置有六个第一凸出部21，第二连接边30上设置有四个第二凸出部31，在此不做限定。

实施例三中的微结构的第一连接边20上设置有三个第一凸出部21，第二连接边30上设置有三个第二凸出部31。

实施例四中的微结构的第一连接边20上设置有四个第一凸出部21，第二连接边30上设置有四个第二凸出部31。

实施例五中的微结构的第一连接边20上设置有五个第一凸出部21，第二连接边30上设置有五个第二凸出部31。

可选地，在本发明的一个未图示的可选实施例中，第一凸出部21和/或第二凸出部31呈锯齿状。

在本发明图2至图6中示出的可选实施例中，第一凸出部21和/或第二凸出部31呈矩形，连续的多个第一凸出部21一起呈矩形脉冲状，连续的多个第二凸出部31一起呈矩形脉冲状。

需要说明的是，在本发明图2至图6中示出的可选实施例中，第一连接边20和第二连接边30均为多个，多个第一连接边20和多个第二连接边30依次交替连接。这样，更有利于控制包含有本发明的微结构层的超材料的带阻特性。

具体而言，在本发明的实施例一至实施例五中，微结构的第一连接边20和第二连接边30均为三个，三个第一连接边20和三个第二连接边30交替连接围成封闭的六边环状结构。

可选地，第一连接边20的长度大于等于1.5mm且小于等于6mm；和/或第二连接边30的长度大于等于1.5mm且小于等于6mm。

优选地，第一连接边20和第二连接边30的长度相等，且第一连接边20和第二连接边30的长度为3mm。

需要说明的是，为了保证由本发明的微结构形成的微结构层能够对电磁波产生稳定的电磁响应，第一连接边20和第二连接边30由金属制成。

可选地，第一连接边20和第二连接边30由铜制成。

还需要说明的是，在制造本发明提供的超材料时，首先在软板1的两侧面上涂刷铜层，之后对铜层进行蚀刻以形成两层由本发明的微结构周期排布的微结构层2，如图8所示，本发明的超材料还包括预浸料层4，预浸料层4为两层，两层预浸料层4一一对应地设置在两层微结构层2的背离软板1的一侧。两层预浸料层4中的一层为功能层41，功能层41的厚度大于等于2mm且小于等于10mm；两层预浸料层4中的另一层为保护层42，保护层42的厚度大于等于0.2mm且小于等于2mm。

优选地，功能层41的厚度为5mm，保护层42的厚度为0.2mm。

可选地，如图8所示，超材料还包括胶膜层5，微结构层2通过胶膜层5与预浸料层4连接。这样，能够提高预浸料层4与微结构层2之间的连接稳定性，保证了超材料的整体结构强度。

图9示出了分别包含了设置有实施例一至实施例五中的微结构的五种超材料的传输特性曲线的透波率变化示意图。其中，为了保证测试结构的准确性，微结构的第一连接边20和第二连接边30均为三条且长度相等，超材料的两层预浸料层4中的功能层41的厚度为5mm，保护层42的厚度为0.2mm，胶膜层5的厚度为1mm，各超材料的软板厚度和微结构层的厚度相同，超材料的总厚度为5.361mm。

在图9中，曲线a为设置有图1中的现有技术的微结构的超材料的传输特性曲线，曲线b到曲线f分别为设置有本发明的实施例一至实施例五中的微结构的五种超材料的传输特性曲线。由图9可以看出，曲线a至曲线f的谐振频率分别为10.40ghz、8.72ghz、7.76ghz、7.16ghz、6.76ghz、6.60ghz；且曲线a至曲线f对应的s21谷值分别为-37.07db、-35.23db、-35.15db、-35.33db、-34.75db、-34.15db；对应的截止频带的宽度(定义小于10db以下为良好截止)分别为2.32ghz(10.05-12.37ghz)、2.44ghz(7.68-10.12ghz)、2.28ghz(6.64-8.92ghz)、2.28ghz(5.96-8.24ghz)、2.28ghz(5.52-7.8ghz)、2.36ghz(5.28-7.64ghz)。可见，随着微结构的第一凸出部21和第二凸出部31的不断增加，超材料的谐振频率逐渐减小，这样更有利于提高了超材料对低频波段的电磁波的截止性能；超材料的响应谷值均在-35db随六边环弯曲折叠程度变化不大，截止带宽均在2.3ghz附近同样的随六边环弯曲折叠程度变化不大，因此，相比于包含有由传统的正六边形的微结构周期排布而形成的微结构层的超材料，本发明的超材料的改变了对电磁波的响应频率，且对电磁波的响应特性没有改变，从而有利于提高超材料对低频波段的电磁波的截止性能。

需要说明的是，本发明的超材料同样能够对0-50度入射的te波由较好的截止效果，从而使超材料在宽波段保持了良好的截止特性。

本发明还提供了一种天线罩，天线罩包括天线罩本体和设置在天线罩本体的表面上的超材料，超材料是上述的超材料。需要说明的是，超材料既可以设置在天线罩本体的内表面上，又可以设置在天线罩本体的外表面上，能根据实际需求灵活设置，在此不做限定。本发明的天线罩能够满足低频波段至高频波段较宽范围内的选型天线罩的截止要求。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明可以应用于对超材料的电磁响应特性的调控，其主要是对六边金属环及多层介质叠层所组成的超材料进行电磁响应特的调控。通过对超材料中的六边金属环进行不同程度的卷曲折叠来改变超材料的等效电阻，能够实现超材料对特定频段电磁波透波和截止特性的调控。本发明的超材料能够对电磁波的低通高截止、高通低截止、带通等特性。本发明的超材料能够应用于要求对电磁波的频率选择的天线罩上，实现对天线罩对特定波段的电磁波的透波或截止的需求，在为天线罩提供特定波段的隐身性能以及在为天线屏蔽特定波段的干扰等方面具有重要的战略意义。

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发明的示例性实施方式。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，本发明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，以便这里描述的本发明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。

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