一种天线罩及电磁波透射连调方法

1.本发明涉及电子通讯技术领域，特别涉及一种天线罩及电磁波透射连调方法。


背景技术：

2.天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的结构物,它在电气性能上具有良好的电磁波穿透特性，机械性能上能经受外部恶劣环境的作用。尽管天线罩起到了保护天线的作用，但是往往具有副作用，例如：目前的室外天线通常置于露天工作，直接受到自然界中暴风雨、冰雪、沙尘以及太阳辐射等的侵袭，致使天线精度降低、寿命缩短和工作可靠性差；天线发出去的电磁波在天线罩表面的反射和在天线罩介质层内的吸收，都会造成电磁波的功率损耗；电磁波在天线罩介质层中的折射现象，会引起测角误差；电磁波在天线罩介质层中的多次反射，与多径效应相类似，会引起附近杂波增加。
3.现有的天线罩产品功能较少，主要的作用是对天线内部结构的物理保护；但天线罩是天线前面的障碍物，天线罩的存在对天线正常工作产生一定的影响，会降低天线的增益、方向性等性能；因此，目前天线产业的普遍痛点便是天线在传统天线罩的保护下工作时难以避免的资源浪费和性能牺牲。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种天线罩及电磁波透射连调方法，除了对天线进行基本的物理保护功能外，还能够实现电磁波透射连续可调，对固定频段的电磁信号进行选择性透射或吸收，并有利于电磁防护，解决现有技术中的传统天线罩容易影响天线的电气性能，且功能单一易造成资源浪费的技术问题。
5.为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：第一方面，本发明提供一种天线罩，所述天线罩是由若干个单元结构围成的罩体，每个所述单元结构包括：固定在底层介质基板与中间层介质基板之间的第一谐振器和第二谐振器，以及固定在中间层介质基板与顶层介质基板之间的第三谐振器；所述第一谐振器能够与所述第二谐振器相互耦合；所述第三谐振器的材料为石墨烯，在所述第三谐振器与所述顶层介质基板之间加有直流电压，用于调节所述石墨烯的费米能级。
6.进一步的，所述第一谐振器是由两个结构相同、开口相对且互为镜像对称的开口谐振器组成的双对口开口谐振器。
7.进一步的，所述开口谐振器由具有相同厚度的一个凹形结构体和两个相同的方形结构体组成，两所述方形结构体分别贴合在所述凹形结构体的两内侧壁上，两所述方形结构体之间的间隔即为所述开口谐振器的开口。
8.进一步的，所述第二谐振器是由两个结构相同的长方体谐振器组成的双横切线谐振器，两所述长方体谐振器互为镜像对称的设置在所述第一谐振器的两侧。
9.进一步的，所述第一谐振器和第二谐振器的材料均为金属材料，所述金属材料为
金、银、铜或铝，或者为含有金、银、铜或铝的合金。
10.进一步的，所述第一谐振器和第二谐振器的厚度均设置为0.3μm。
11.进一步的，所述第三谐振器的厚度设置为0.3μm，所述第三谐振器的底面呈正方形，其边长设置为39.8μm。
12.进一步的，所述底层介质基板、中间层介质基板和顶层介质基板的厚度分别设置为15μm、20μm、20μm。
13.进一步的，所述底层介质基板、中间层介质基板和顶层介质基板的材料均为有机玻璃，相对介电常数均设置为2.4。
14.另一方面，本发明提供了一种采用第一方面任一所述的天线罩的电磁波透射连调方法，包括：根据天线探测的需求连续调节施加在所述第三谐振器上的直流电压值来连续改变所述石墨烯的费米能级；基于所述石墨烯的费米能级的连续改变，实现电磁波的透射率的高低连续可调，以满足天线探测对固定波段的电磁波不同程度的透射或隐身需求。
15.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提供的天线罩通过第一谐振器与第二谐振器的相互耦合能够形成对固定波段的电磁诱导透明现象，从而对群速度进行调控，并产生慢光效应；电磁诱导透明现象的透射窗口可以过滤掉其它频段的信号，其抗干扰性强，亦可作为信号滤波器；此外，本发明利用石墨烯作为第三谐振器的材料，通过改变施加在石墨烯上的直流电压使得石墨烯费米能级连续可调，实现电磁波透射连调，对固定波段的电磁信号能够进行选择性透射或吸收，可实现任意程度的电磁隐身，有利于电磁防护；本发明结构简单、易于集成、功能多样、具有极其广阔的应用前景。
附图说明
16.图1是本发明实施例提供的天线罩的单元结构各组成部分的结构示意图；图2是本发明实施例提供的中间层介质基板和第三谐振器的结构示意图；图3是本发明实施例提供的底层介质基板、第一谐振器和第二谐振器的结构示意图；图4为根据本发明实施例的第三谐振所用的石墨烯材料示意图图5为本发明实施例的天线罩在石墨烯费米能级达到0.9ev下产生的电磁诱导透明现象示意图；图6为本发明实施例的天线罩在石墨烯费米能级达到0.12ev下产生的电磁诱导吸收现象示意图；图7为本发明实施例的天线罩在0.763thz 和0.965thz频率区间之间实现透射峰动态可调示意图；图8为本发明实施例的天线罩在0.65thz 和0.9thz频率区间之间实现吸收率动态可调示意图；图中：1、底层介质基板；2、中间层介质基板；3、底层介质基板；4第一谐振器；41、开口谐振器；5、第二谐振器；51、长方体谐振器；6、第三谐振器。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、
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底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.实施例一本发明实施例提供的天线罩是由若干个如图1所示的单元结构围成的罩体，单元结构包括从下到上依次连接的底层介质基板1、中间层介质基板2和顶层介质基板3；其中，在底层介质基板1与中间层介质基板2之间固定有第一谐振器4和第二谐振器5，在中间层介质基板2与顶层介质基板3之间固定有第三谐振器6；第一谐振器4能够与所述第二谐振器5相互耦合；第三谐振器6的材料为石墨烯，在第三谐振器6与所述顶层介质基板3之间加有直流电压，用于调节所述石墨烯的费米能级；石墨烯材料的结构如图4所示是以六边形的形式排列的碳原子层。
21.本发明实施例提供的天线罩，第一谐振器4和第二谐振器5与底层介质基板1和中间层介质基板2之间的固定方式，以及第三谐振器6与中间层介质基板2和顶层介质基板3之间的固定方式，均采微米（um）级别的镀膜工艺相互固定连接；具体的，本发明实施例采用的是微米（um）级别的镀膜工艺中的化学溶液镀膜法，其基本原理是利用次磷酸盐和甲醛为还原剂在所镀物体的溶液中发生化学还原作用，在镀件的固液两相界面上析出并沉积得到镀层，从而实现所镀物体与镀件的固定连接，此方法为现有技术，过多内容可查阅相关文献；本发明实施例利用化学溶液镀膜法来实现固定连接，具有设备简单、效率高、成本低等优点。
22.作为本发明的一种实施例，如图2所示，展示了中间层介质基板2与第三谐振器的位置关系，其中：l1表示中间层介质基板2的长度，l1=240μm；l2表示中间层介质基板2的宽度，l2=240μm； l3表示中间层介质基板2与第三谐振器6的宽度方向的外边沿之间的最小垂直距离，l3=100μm；l4表示中间层介质基板2与第三谐振器6长度方向的外边沿之间的最小垂直距离，l4=100μm；l5表示第三谐振器6的宽度，l5=39.8μm；l6表示第三谐振器6的长度，l6=39.8μm；需要说明书的是，底层介质基板1及顶层介质基板3的长度均与中间层介质基板2的长度相同，均为240μm；底层介质基板1及顶层介质基板3的宽度也均与中间层介质基板2
的宽度相同，同样，均为240μm；另外，底层介质基板1、中间层介质基板2和顶层介质基板3的厚度分别设置为15μm、20μm、20μm；本发明实施例中，底层介质基板1、中间层介质基板2和顶层介质基板3的材料均采用有机玻璃，相对介电常数均设置为2.4；第三谐振器6的厚度设置为0.3μm。
23.作为本发明的一种实施例，如图1和图3所示，第一谐振器4是由两个结构相同、开口相对且互为镜像对称的开口谐振器41组成的双对口开口谐振器；具体的，开口谐振器41由具有相同厚度的一个凹形结构体和两个相同的方形结构体组成，两所述方形结构体分别贴合在所述凹形结构体的两内侧壁上，两所述方形结构体之间的间隔即为所述开口谐振器41的开口；此外，第二谐振器5是由两个结构相同的长方体谐振器51组成的双横切线谐振器，两所述长方体谐振器51互为镜像对称的设置在所述第一谐振器4的两侧；本发明实施例提供的天线罩中第一谐振器4和第二谐振器5的厚度均设置为0.3μm。
24.具体的，本发明实施例提供的天线罩，如图3所示，展示了底层介质基板1、第一谐振器4和第二谐振器5之间的位置关系，为了更好的描述各部件之间的位置关系，以正视图3所看到的上、下、左、右方向为本实施例中各部件的方向； 其中：d1表示长方体谐振器51的右边沿与底层介质基板1右边沿的垂直距离，d1=35μm；d2表示两个开口谐振器41之间的垂直距离，d2=10μm；d3表示方形结构体的左边沿与凹形结构体内底壁的最小垂直距离，d3=20μm；d4表示位于右边的开口谐振器41的右边沿与底层介质基板的垂直距离，d4=80μm；d5表示方形结构体的宽度，d5=15μm；d6 表示凹形结构体内的底层长条的宽度，d6=20μm；d7表示开口谐振器41下边沿的宽度，d7=55μm；d8表示长方体谐振器51的长度，d8=130μm；w1表示开口谐振器41的左边沿长度，w1=80μm ；w2表示开口谐振器41中的两个方形结构体的垂直距离，w2=20μm；w3表示凹形结构体两内侧壁之间的垂直距离，w3=20μm；w4表示位于上方的长方体谐振器51的上边沿与底层介质基板1上边沿的垂直距离，w4=41μm；w5表示位于上方的长方体谐振器51的下边沿与开口谐振器41上边沿的垂直距离，w5=14μm；w6表示长方体谐振器51的宽度，w6=25μm。此外，本发明实施例的第一谐振器4和第二谐振器5的材料优选金，也可以选择金、银、铜或铝，或者为含有金、银、铜或铝的合金等金属材料。
25.本发明实施例提供的天线罩应用于太赫兹波段的信号，太赫兹波段的电磁波入射时，入射电磁波的电场分量直接激发底层介质基板3上的两个长方体谐振器51产生电谐振，随后两侧的电谐振近场耦合给中间的两个开口谐振器41从而产生磁谐振，通过两种能量状态的破坏性干扰来实现电磁诱导透明现象，从而对信号的群速度进行调控，并产生慢光效应。
26.作为本发明的一种实施例，如图5所示，本发明实施例提供的天线罩在石墨烯费米能级达到0.9ev下产生的电磁诱导透明现象，电磁诱导透明现象会同时产生电磁波的相位延迟，因此会伴随慢光效应，所述的慢光效应产生的区间位于0.763thz 和0.965thz之间，慢光效应亦可实现电磁波完全透射；此外，电磁诱导透明现象中的透射窗口，透射窗口的区间为0.763thz 至0.965thz，可以滤掉其他频段的信号具有抗干扰特性，本发明实施例提供的天线罩亦可作为信号滤波器。
27.本发明实施例提供的天线罩充分利用石墨烯特性，通过改变施加在第三谐振器6上的直流电压值来改变石墨烯的费米能级，从而使石墨烯分别工作在金属态或介质态，以实现在电磁诱导透明与电磁诱导吸收之间的转换；具体的，如图5和图6所示，电磁诱导透明
转电磁诱导吸收现象利用石墨烯的特性来实现：在0.9ev费米能级下，将0.803thz处的信号完美透射（该频点此时对应透射峰值），在0.12ev费米能级下，将0.803thz处的信号转为吸收状态（该频点此时对应吸收率峰值）。
28.此外，本发明实施例提供的天线罩利用石墨烯的费米能级可通过连续改变直流电压值来实现连调的性质，从而使得电磁波透射连续可调，在固定波段实现任意程度的电磁隐身，体现了本发明实施例提供的天线罩的功能多样性。使用时，利用外加直流电压的主动控制来实现电磁波透射连调，将特定频段的电磁波实现不同程度的吸收或透射；如图7，8分别展示了石墨烯的费米能级ef分别取值为0.1ev、0.3ev、0.5ev、0.9ev对不同频率的电磁波的透射率和吸收率；在0.763thz 和0.965thz频率区间之间实现透射峰0.65到0.86动态可调，在0.65thz 和0.86thz频率区间之间实现吸收率峰值0.32到0.68动态可调。
29.综上所述，本发明实施例提供的天线罩除了对天线进行基本的物理保护功能外，它还能够通过两种能量状态的破坏性干扰来实现电磁诱导透明现象，从而对信号的群速度进行调控，并产生慢光效应；其中，电磁诱导透明现象中的透射窗口区间为0.763thz至0.965thz，可以滤掉非此频段的信号，具有较强的抗干扰特性，亦可作为信号滤波器；此外，本发明实施例还利用石墨烯的费米能级可通过改变直流电压来实现连调的性质，实现电磁波透射连调，对固定波段的电磁信号能够进行选择性透射或吸收，可实现任意程度的电磁隐身，有利于电磁防护；本发明实施例提供的天线罩结构简单、厚度薄、易于集成、低损耗、功能多样、具有极其广阔的应用前景。
30.实施例二本发明实施例提供了一种采用如实施例一任一所述的天线罩的电磁波透射连调方法，包括：根据天线探测的需求连续调节施加在所述第三谐振器6上的直流电压值来连续改变所述石墨烯的费米能级；基于所述石墨烯的费米能级的连续改变，实现电磁波的透射率的高低连续可调，以满足天线探测对固定波段的电磁波不同程度的透射或隐身需求。
31.本发明实施例提供的电磁波透射连调方法与实施例一提供的天线罩基于相同的技术构思，能够产生如实施例一所述的有益效果，在本实施例中未详尽描述的内容可以参见实施例一。
32.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。