一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构；所述人造微结构为正六边形结构，且所述每个正六边形结构由线网电感、电感层、电容贴片依次由下而上面面连接，所述线网电感由三条线槽均等交叉。通过在基板上附着特定形状的人造微结构，得到需要的电磁响应，使得基于超材料的天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。
【专利说明】
一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统
技术领域
[0001]本发明涉及一种天线罩，更具体地说，涉及一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统。
【背景技术】
[0002]超材料，俗称超材料，是一种新型人工合成材料，是由非金属材料制成的基板和附着在基板表面上或嵌入在基板内部的多个人造微结构构成的。基板可以虚拟地划分为矩形阵列排布的多个基板单元，每个基板单元上附着有人造微结构，从而形成一个超材料单元，整个超材料是由很多这样的超材料单元组成的，就像晶体是由无数的晶格按照一定的排布构成的。每个超材料单元上的人造微结构可以相同或者不完全相同。人造微结构是由金属丝组成的具有一定几何图形的平面或立体结构，例如组成圆环形、工字形的金属丝等。
[0003]由于人造微结构的存在，每个超材料单元具有不同于基板本身的电磁特性，因此所有的超材料单元构成的超材料对电场和磁场呈现出特殊的响应特性;通过对人造微结构设计不同的具体结构和形状，可以改变整个超材料的响应特性。
[0004]—般来说，举例如:波导填充传统介质材料后，由于传输波数的改变，可截至波数又由波导的结构尺寸所确定，所以，波导填充介质后会产生次高模甚至高次模的干扰。再之，填充介质后，由于阻抗的不匹配，将会产生反射波，这在大功率微波系统中尤为明显。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，以解决上述问题至少一个方面。
[0006]根据本发明的一方面，提供一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构;所述人造微结构为正六边形结构，且所述每个正六边形结构由线网电感、电感层、电容贴片依次由下而上面面连接，所述线网电感由三条线槽均等交叉。
[0007]在本发明的一些实施方式中，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。
[0008]在本发明的一些实施方式中，金属微结构夹在两层介质基材中间。
[0009]在本发明的一些实施方式中，每一超材料单元的长和宽为6mm。
[0010]在本发明的一些实施方式中，三条线槽中间的槽间隔均为0.12mm。
[0011]在本发明的一些实施方式中，单层介质基材厚度为1.0mm，表面单层介质基材厚度为0.3mm，单层金属微结构厚度为0.018mm。
[0012]在本发明的一些实施方式中，介质基材为环氧树脂基板，其相对介电常数3.2，磁导率为1.0损耗角正切为0.008。
[0013]在本发明的一些实施方式中，金属微结构夹在两层介质基材中间，总厚度为1.0*4+0.018*5+0.3*2 = 4.69mm。多层结构能更好的保护微结构，避免其在外界恶劣条件下腐蚀，确保天线罩的介电性能。
[0014]在本发明的一些实施方式中，金属微结构为厚度为0.018mm的铜片。
[0015]本发明的有益效果是:本专利通过设计不同的超材料微结构，通过相关金属线涂层的电磁响应特征来改变各个空间点的介电常数，使超材料介质填充处的电磁响应特征与空气相近。所以，我们把这种超材料也叫做“固态空气”。超材料的引入，减少了微波系统由于引入传统介质后特性阻抗不匹配所引起的衰减，从而减小反射、提高传输效率。有效遏制了高次模的干扰，简化对其进行场分析的计算量，以便人们更加顺利地、精确地计算出场分布并顺利加以利用。
【附图说明】
[0016]图1、图2是人造微结构单元的示意图；
[0017]图3是天线罩多层结构透视图；
[0018]图4是超材料大角度频选天线罩垂直极化S21参数O?70度仿真示意图；
[0019]图5是等厚度纯介质材料垂直极化S21参数O?70度仿真示意图；
[0020]图6是纯介质和超材料天线线罩带内插损统计值表；
[0021]图7天线罩多层结构侧视图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0023]图1-7中，一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构;所述人造微结构为正六边形结构，且所述每个正六边形结构由线网电感、电感层、电容贴片依次由下而上面面连接，所述线网电感由三条线槽均等交叉。
[0024]在本实施例中，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。
[0025]在本实施例中，每一超材料单元的长和宽为6mm。
[0026]在本实施例中，线网电感的最大对角线长度为8mm，其上的三条线槽中间的槽间隔均为0.12mm。线网电感与电感层的边距为0.9mm，线网电感与电容贴片的边距为0.4mm。
[0027]在本实施例中，单层介质基材厚度为1.0mm，表面单层介质基材厚度为0.3mm，单层金属微结构厚度为0.018mm。
[0028]在本实施例中，介质基材为环氧树脂基板，其相对介电常数3.2，磁导率为1.0损耗角正切为0.008。
[0029]在本实施例中，金属微结构夹在两层介质基材中间，总厚度为1.0*4+0.018*5+
0.3*2 = 4.69mm。多层结构能更好的保护微结构，避免其在外界恶劣条件下腐蚀，确保天线罩的介电性能。
[0030]图4、图5、图6中，从以上仿真曲线和统计数据图中可以明显看出，加入金属微结构后0-70度角入射的S21比纯板材的S21小很多，并且在该频段内7-13GHZ加入智能超材料微结构设计的透波性能提高很多，特别是在大角入射情况下，损耗相对稳定，能保持较高的透波率，在工作频段外(I?6Hz)天线罩表现为良好的截止性能(S卩S21损耗很大)，使该频段的天线罩等效为金属材料，配合天线罩的外形设计，可以有效降低其雷达散射面积，从而达到隐身的效果。
[0031]并且由于采用了多层匹配结构，使空气与智能超材料天线罩匹配更好，能够在7-13GHz波段有良好的透波率，O?70度入射均在90%以上，比单纯的介质材料有巨大提升;相比一般的频选天线罩，透波率在50?70度等大角度入射情况下也有显著的提升。通过retrieval程序算得在7-13GHZ内的阻抗与空气匹配极佳，匹配系数Tl平均等于I，损耗也很小，所以透波率才能达到很高的标准。
[0032]本专利通过设置不同的超材料微结构，通过相关金属线涂层的电磁响应特征来改变各个空间点的介电常数，使超材料介质填充处的电磁响应特征与空气相近。所以，我们把这种超材料也叫做“固态空气”。超材料的引入，减少了微波系统由于引入传统介质后特性阻抗不匹配所引起的衰减，从而减小反射、提高传输效率。有效遏制了高次模的干扰，简化对其进行场分析的计算量，以便人们更加顺利地、精确地计算出场分布并顺利加以利用。
[0033]在一些应用场合，常常会需要微波损耗极小的介质材料。例如雷达罩、天线罩;利用介质窗片来分隔大气与微波管的真空系统；分隔大气与填充等离子体微波管的充气系统;分隔大气与高压充气波导系统;在一些水负载中利用密封介质片来分隔大气与水等。采用本发明的技术方案能够满足上述场合下的需求。
[0034]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，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括第一基板和阵列排布在所述第一基板上的多个人造微结构；其特征在于:所述人造微结构为正六边形结构，且所述每个正六边形结构由线网电感、电感层、电容贴片依次由下而上面面连接，所述线网电感由三条线槽均等交叉。2.根据权利要求1所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，所述超材料片层中的第一基板可划分为多个超材料单元，其中每一超材料单元上排布有一个所述人造微结构。3.根据权利要求1所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，人造微结构夹在两层介质基材中间。4.根据权利要求1所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，每一超材料单元的长和宽为6_。5.根据权利要求1所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，三条线槽中间的槽间隔均为0.12mm。6.根据权利要求3所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，单层介质基材厚度为1.0mm，表面单层介质基材厚度为0.3mm。7.根据权利要求1所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，单层人造微结构厚度为0.018_。8.根据权利要求3所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，介质基材为环氧树脂基板，其相对介电常数3.2，磁导率为1.0损耗角正切为0.008。9.根据权利要求1、3、6或7所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，人造微结构夹在两层介质基材中间，总厚度为1.0*4+0.018*5+0.3*2 =4.69mm;多层结构能更好的保护微结构，避免其在外界恶劣条件下腐蚀，确保天线罩的介电性能。10.根据权利要求1或7所述的宽频带智能超材料大角度透波天线罩及其天线系统，其特征在于，人造微结构为厚度为0.018mm的铜片。
【文档编号】H01Q15/00GK106058458SQ201610316674
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】张岭
【申请人】武汉市迅捷时代信息技术有限公司