带通滤波超材料、天线罩和天线系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种带通滤波超材料、天线罩和天线系统，其中，带通滤波超材料包括多层功能层，功能层包括介质层和设置在介质层上的导电几何结构，多层功能层中至少一层所述功能层中的介质层上的导电几何结构为导电片，另一层所述功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构；带通滤波超材料的介质层和导电几何结构使得该带通滤波材料具有这样的介电常数和磁导率：电磁波在通过该带通滤波超材料时，预设工作频段的电磁波穿透该带通滤波超材料，而其他频段的电磁波被截止。本实用新型，提高了天线罩的透波效果。
【专利说明】带通滤波超材料、天线罩和天线系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及滤波材料领域，具体而言，涉及一种带通滤波超材料、天线罩和天线系统。
【背景技术】
[0002]一般地，天线都会设置有天线罩，用于保护天线不受风雨、冰雪等的环境影响。现有天线罩基本是纯材料天线罩，只起到保护天线的作用，使用纯材料天线罩在一定的范围内会影响天线的性能。其中，用于制作天线罩的纯材料为普通的物理材料，在制作纯材料天线罩时，利用半波长或四分之一波长理论，当天线罩的厚度为天线工作频段电磁波波长的一半时，天线的电磁波穿透性最好。根据不同的天线频率，改变纯材料的厚度，用以减小对电磁波的透波响应。在设计制作纯材料天线罩的时候，当天线的辐射波波长过长时，利用半波长或四分之一波长理论，纯材料天线罩会显得比较厚，进而使得整个天线罩的重量过大。另外，普通的纯材料天线罩在宽带宽角内的透波特性较差，影响天线性能，且通带外的截止特性偏差，对天线工作频段外的电磁波抑制特性不好。
[0003]针对现有技术中天线罩透波效果不好的问题，目前尚未提出有效的解决方案。实用新型内容
[0004]本实用新型的主要目的在于提供一种带通滤波超材料、天线罩和天线系统，以解决天线罩透波效果不好的问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种带通滤波超材料。根据本实用新型的带通滤波超材料包括:多层功能层，功能层包括介质层和设置在介质层上的导电几何结构，其中，多层功能层中至少一层功能层中的介质层上的导电几何结构为导电片，另一层功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构；
[0006]其中所述带通滤波超材料的介质层和导电几何结构使得该带通滤波材料具有这样的介电常数和磁导率:电磁波在通过该带通滤波超材料时，预设工作频段的电磁波穿透该带通滤波超材料，而其他频段的电磁波被截止。
[0007]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种天线罩包括上述带通滤波超材料，天线罩罩设在天线上。
[0008]为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种天线系统包括:天线和上述天线罩，天线罩罩设在天线上。
[0009]通过本实用新型，采用带通滤波超材料多层功能层，功能层包括介质层和设置在介质层上的导电几何结构，其中，多层功能层中至少一层功能层中的介质层上的导电几何结构为导电片，另一层功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构，根据介质层中不同的导电几何结构，调节带通滤波超材料的介电常数和磁导率，使通带内的电磁波具有高通透性，解决了天线罩透波效果不好的问题，进而提高了天线罩对通带内的透波效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]构成本申请的一部分的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:
[0011]图1是根据本实用新型实施例的带通滤波超材料的剖视图；
[0012]图2是根据本实用新型实施例的田字型结构的示意图；
[0013]图3是根据本实用新型第一实施例的带通滤波超材料的示意图；
[0014]图4是根据本实用新型第一实施例的带通滤波超材料的S21参数仿真曲线示意图；以及
[0015]图5是根据本实用新型第二实施例的带通滤波超材料的S21参数仿真曲线示意图。
【具体实施方式】
[0016]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。
[0017]本实用新型实施例提供了一种带通滤波超材料。
[0018]图1是根据本实用新型实施例的带通滤波超材料的剖视图。如图1所示，该带通滤波超材料包括多层功能层，功能层包括介质层20和设置在介质层上的导电几何结构10，其中，多层功能层中至少一层功能层中的介质层20上的导电几何结构为导电片，另一层功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构。带通滤波超材料可以包括多层功能层，其中，多层功能层可以是包括一层或者多层介质层上的导电几何结构为导电片的功能层，多层功能层可以是包括一层或者多层介质层上的网格状的导电几何结构可以是一层。
[0019]介质层20具有一定的机械强度，介质层20可以采用聚四氟乙烯等物理材料，也可以采用其他的非金属物理材料例如陶瓷等。导电几何结构可以为具有导电性的田字型结构或者雪花型结构或者方片型结构。导电几何结构可以采用金属材料，如金、银、铜等等，也可以采用非金属材料，如石墨等。
[0020]通过本实用新型实施例，采用带通滤波超材料多层功能层，功能层包括介质层和设置在介质层上的导电几何结构，其中，多层功能层中至少一层功能层中的介质层上的导电几何结构为导电片，另一层功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构，根据介质层中不同的导电几何结构，调节带通滤波超材料的介电常数和磁导率，使通带内的电磁波具有高通透性，解决了天线罩透波效果不好的问题，进而提高了天线罩对通带内的透波效果。
[0021]优选地，多层功能层中相邻两功能层之间可以设置有夹层，也可以没有夹层，当相邻两功能层之间可以设置有夹层时，该夹层中可以设置有泡沫和/或蜂窝的材料。功能层的表面设置有保护层。该保护层可以设置在功能层一侧，也可以设置在功能层的两侧，通过设置保护层能够使得带通滤波超材料具有一定的机械强度以保护带通滤波超材料不受到损害。
[0022]多层功能层中相邻两层功能层之间可以相对设置，可以错开设置，也可以是间隔设置，设置方式灵活，可以根据需要进行选择。
[0023]优选地，功能层中导电几何结构的网格状可以是由三角形、四边形、五边形、六边形、圆形或椭圆形中至少一种连接成的网格状。其中，网格状的网格可以是封闭，也可以是开口的。进一步地，网格状的网格中还可以设置有直线或者曲线形成的导电几何结构，该导电几何结构包括十字型结构、一字型结构、雪花型结构、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构，其中十字型的变形结构可以是耶鲁撒冷十字型结构。根据不同的网格以及网格中的导电几何结构的不同可以调节带通滤波超材料对电磁波的透波或者抑制特性。
[0024]优选地，导电片为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至少一种形状的导电片。在导电片还上镂空设置有导电几何结构，该导电几何结构可以包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构的导电线材，其中十字型的变形结构可以是耶鲁撒冷十字型结构。导电片和导电线材含有以下任一种或者几种组合金属材料:固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料。金属材料并不限于金、银、铜等金属，还可以使用其他的金属或者合金。金属材料可以是固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料，也可以是多种状态下的金属材料的组合使用。通过采用不同的导电片从而影响带通率波超材料的透波特性。
[0025]同一功能层中的不同的导电片的形状、大小、以及间距相同或者不同。不同的功能层的导电片的形状、大小、以及间距相同或者不同。不同的功能层之间的导电几何结构的形状、大小、线宽、以及间距相同或者不同。同一功能层的不同导电几何结构的形状、大小、线宽、以及间距相同或者不同。
[0026]优选地，导电线材包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、以及十字型的变形结构，还可以包括直线或者曲线形成的田字型结构、雪花型结构或者方片型结构中至少一种。其中，田字型结构为四角开口的田字形结构；雪花型结构置于具有中心镂空圆的导电几何结构中，雪花型结构位于中心镂空圆的中心位置；方片型结构包括不连通的方片结构和连通的方片结构，连通的方片结构为镂空方片网格。
[0027]图2是根据本实用新型实施例的田字型结构的示意图。如图2所示，田字型结构为四角开口的田字型结构。田字型结构的四角开口尺寸相同。图2所示a为田字型结构的长度，b为田字型结构的宽度，d表示田字型结构的线宽。当带通滤波超材料包括多层功能层时，任意两不同功能层中的田字型结构的线宽d可以相等，也可以不相等，田字型结构厚度相同。线宽d表示导电线材中线条的宽度。
[0028]本实用新型实施例的雪花型结构可以置于具有中心镂空圆的导电几何结构单元中，雪花型结构位于中心镂空圆的中心位置。导电几何结构为正方形单元，中心镂空圆的圆心与正方形的中心在同一位置。雪花型结构包括中间的十字型结构和十字型结构端点处的一字型结构，其中十字型结构的长和宽相等，且十字型的长度表示雪花型结构的长边的长度，一字型结构的长度均相等，且表示雪花型结构的短边的长度。
[0029]优选地，导电几何结构米用以下任一种或者几种组合金属材料:固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料。金属材料并不限于金、银、铜等金属，还可以使用其他的金属或者合金。金属材料可以是固体金属材料、液体金属材料、流体状金属材料和粉状物金属材料，也可以是多中状态下的金属材料的组合使用。通过本实施例，采用金属材料，能够使电磁波更易穿透带通滤波超材料。
[0030]优选地，本实施例中的导电几何结构采用液态银材料，能够使电磁波更易穿透带通滤波超材料。
[0031]优选地，介质层20为复合材料基板或陶瓷基板，用于增加功能层的机械强度。其中，复合材料可以采用热固性材料，也可以采用热塑性材料。例如，复合材料可以是包含纤维、泡沫和/或蜂窝的一层结构材料或者多层结构材料。
[0032]进一步优选地，该复合材料还含有增强材料，该增强材料为纤维、织物或者粒子中的至少一种，通过增加增强型材料，用以增强功能层的机械强度。一般来说，介质层的介电常数ε应该满足:1 < ε <5。
[0033]根据实施时的具体情况，导电几何结构的厚度可以为I至50微米。优选地，导电几何结构的厚度为10至30微米。更加优选地，导电几何结构的厚度可以为16至20微米。导电几何结构的厚度为16至20微米。所述导电几何结构的宽度为2至6毫米。不同所述功能层之间的导电几何结构线宽不同，如导电几何结构的线宽为20至1000微米。优选地，导电几何结构的线宽为50至500微米。更加优选地，导电几何结构的线宽为100至200微米。
[0034]本实用新型实施例的介质层20相对介电常数的取值范围可以为2.8?3.1。介质层20的厚度可以为0.2?4_。导电几何结构的厚度为0.018_。天线罩采用本实用新型实施例的带通滤波超材料，对工作频段在6.5?16GHz的天线产生的电磁波具有良好的透射特性，透波率较高。
[0035]示例 1:
[0036]图3是根据本实用新型第一实施例的带通滤波超材料的示意图。如图3所示，带通滤波超材料包括第一介质层201、第二介质层202和第三介质层203,第一介质层201、第二介质层202和第三介质层203的相对介电常数相等。且第一介质层201、第二介质层202和第三介质层203的相对介电常数均为3。
[0037]第一介质层201、第二介质层202和第三介质层203的厚度相同,均为4mm。
[0038]带通滤波超材料包括第一导电几何结构101、第二导电几何结构102、第三导电几何结构103和第四导电几何结构104，第一导电几何结构101置于第一介质层201的表面，第二导电几何结构102置于第一介质层201和第二介质层202之间,第三导电几何结构103置于第二介质层202和第三介质层203之间，第四导电几何结构104置于第三介质层203的表面。其中，第一导电几何结构101、第二导电几何结构102、第三导电几何结构103和第四导电几何结构104中的导电几何结构的厚度相同。各导电几何结构的导电几何结构的厚度均为0.018毫米。
[0039]第一导电几何结构101、第二导电几何结构102、第三导电几何结构103和第四导电几何结构104中的导电几何结构的导电线材均为田字型结构。并且各层之间的田字型结构的长度a相等，宽度b也相等。
[0040]田字型结构的长度a为9mm，宽度为3mm。第一导电几何结构101中的导电几何结构的线宽d为0.5毫米，第二导电几何结构102中的导电几何结构的线宽d为0.7毫米，第三导电几何结构103中的导电几何结构的线宽d为0.7毫米，第四导电几何结构104中的导电几何结构的线宽d为0.5毫米。
[0041]需要说明的是，图3中介质层均置于两导电几何结构之间，图中未画出实体的介质层，是为了更好地描述各导电几何结构之间的相互联系，并不对本实用新型有不当限定。
[0042]图4是根据本实用新型第一实施例的带通滤波超材料的S21参数仿真曲线示意图。如图4所示，横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz, S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模(英文名TE mode,表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的带通滤波超材料时的S21参数仿真结果。频率在13?16GHz之间的电磁波具有良好的透波特性，频率在13?16GHz之外的电磁波得到了明显的抑制作用。频率小于13GHz区间内的电磁波，随着频率的减小，带通滤波超材料对电磁波的抑制特性越好；频率大于16GHz区间内的电磁波，随着频率的增大，带通滤波超材料对电磁波的抑制特性也越好。
[0043]示例 2:
[0044]带通滤波超材料包括所曾功能层，介质层20的相对介电常数均为2.8，厚度均为
0.9_。导电几何结构包括多个雪花型结构，雪花型结构置于具有中心镂空圆的导电几何结构单元中，雪花型结构位于中心镂空圆的中心位置。导电几何结构的单元为正方形单元，正方形单元的边长为10mm。中心镂空圆的圆心与正方形单元的中心在同一位置，中心镂空圆的半径为4.3mmο雪花型结构包括中间的十字型结构和十字型端点处的一字型结构，其中十字型结构的长和宽相等，且十字型的长度表示雪花型结构的长边的长度，其长边的长度为5mm。一字型结构的长度均相等，且表示雪花型结构的短边的长度，其短边的长度为4.3mm。雪花型结构采用液态银材料，其厚度为0.018mm。雪花型结构的线宽为0.4mm。
[0045]图5是根据本实用新型第二实施例的带通滤波超材料的S21参数仿真曲线示意图。如图5所示，横轴为天线的工作频率，纵轴为S21参数。其中天线的工作频率的单位为GHz, S21参数的单位为dB。从图中可以看出，当天线的电磁波，包括TE模(英文名TE mode,表示在波导中，电场的纵向分量为零，而磁场的纵向分量不为零的传播模式)和TD模(英文名TM mode，表示在波导中，磁场的纵向分量为零，而电场的纵向分量不为零的传播模式)辐射到上述实施例中的带通滤波超材料时的S21参数仿真结果。
[0046]频段在12?14.5GHz内的电磁波的损耗S21透波率值都小于1，表示这段频率内的电磁波透波率很高，实现了对工作频段的电磁波高透射率的性能要求。频率在12?
14.5GHz之间的电磁波具有良好的透波特性，频率在12?14.5GHz之外的电磁波得到了明显的抑制作用。频率小于12GHz区间内的电磁波，随着频率的减小，带通滤波超材料对电磁波的抑制特性越好；频率大于14.5GHz区间内的电磁波，随着频率的增大，带通滤波超材料对电磁波的抑制特性也越好。
[0047]根据本实用新型实施例还提供了一种天线系统，该天线系统包括天线和本实用新型实施例提供的天线罩，该天线罩罩设在天线上。
[0048]通过本实用新型实施例，采用天线系统包括天线和本实用新型实施例提供的天线罩，其中，天线罩罩设在天线上，既保证了频率在6.5?16GHz内天线电磁波的高透波，且对工作频段外的信号起到了过滤的作用，为天线的正常工作提供更优的保护环境。
[0049]以上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。
【权利要求】
1.一种带通滤波超材料，其特征在于，包括:多层功能层，所述功能层包括介质层和设置在所述介质层上的导电几何结构，其中，所述多层功能层中至少一层所述功能层中的介质层上的导电几何结构为导电片，另一层所述功能层中的介质层上为网格状的导电几何结构； 其中所述带通滤波超材料的介质层和导电几何结构使得该带通滤波材料具有这样的介电常数和磁导率:电磁波在通过该带通滤波超材料时，预设工作频段的电磁波穿透该带通滤波超材料，而其他频段的电磁波被截止。
2.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，多层所述功能层中相邻两所述功能层之间设置有夹层。
3.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述功能层的表面设置有保护层。
4.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述网格状为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至少一种连接成的网格状。
5.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述网格状中的网格是封闭的或者开口的。
6.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述网格状的网格中进一步设置有直线或者曲 线形成的导电几何结构，该导电几何结构包括十字型结构、一字型结构、雪花型结构、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构。
7.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电片的形状为三角形、四边形、五边形、六边形、圆形、以及椭圆形中至少一种。
8.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，在所述导电片上镂空设置有导电几何机构。
9.根据权利要求8所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构包括直线或者曲线形成的十字型、一字型、雪花型、工字型结构、谐振环结构以及十字型的变形结构的导电线材。
10.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述多层功能层中相邻两层所述功能层之间相对设置、错开设置或者间隔设置。
11.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述介质层为复合材料或陶瓷材料制成的介质层。
12.根据权利要求11所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述复合材料为热固性材料或者热塑性材料。
13.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构的厚度为I至50微米。
14.根据权利要求13所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构的厚度为10至30微米。
15.根据权利要求14所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构的厚度为16至20微米。
16.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构的宽度为2至6毫米。
17.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构的线宽为20至1000微米。
18.根据权利要求17所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构的线宽为50至500微米。
19.根据权利要求18所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述导电几何结构的线宽为100至200微米。
20.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，不同所述功能层之间的导电几何结构线宽不同。
21.根据权利要 求20所述的带通滤波超材料，其特征在于，不同所述功能层之间的导电几何结构之间的线宽比值范围为:0至0.2。
22.根据权利要求21所述的带通滤波超材料，其特征在于，不同所述功能层之间的导电几何结构之间的线宽比值范围为:0.05至0.1。
23.根据权利要求1所述的带通滤波超材料，其特征在于，所述介质层的介电常数ε满足:1≤ε≤5。
24.一种天线罩，其特征在于，包括:权利要求1至23中任一项所述的带通滤波超材料，所述天线罩罩设在天线上。
25.一种天线系统，其特征在于，包括:天线和权利要求24所述的天线罩，所述天线罩罩设在天线上。
【文档编号】H01Q1/42GK203859230SQ201420123430
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】不公告发明人 申请人:深圳光启创新技术有限公司