一种宽通带天线罩及其应用的制作方法

本发明属于天线罩技术领域，且特别涉及一种宽通带天线罩及其应用。

背景技术：

天线罩是一种广泛使用的材料，既能保护罩内天线系统免受风雨、冰雪、灰尘和太阳辐射等的侵蚀，是天线系统在一个较为稳定的环境下工作，减缓天线的老化，增强系统的稳定性，延长其使用寿命。另一方面在军事等需求中，能够控制电磁波的传输，使得自身通讯频段内的波能够高效的传输，而外界探测、干扰等信号被损耗或被反射，最大限度的保护天线系统。

在雷达和通讯天线系统中，由于频率选择表面及其天线罩系统在对天线的保护和维持装备等整体的稳定工作等方面起着尤为重要的作用。目前，需设计极化不敏感且具有较宽通带和宽阻带天线罩。

技术实现要素：

本发明的目的之一包括提供一种宽通带天线罩，该宽通带天线罩结构简单，厚度薄，传输损耗小，通带宽、带外抑制性好，兼具超宽阻带以及极化方向不敏感的特点。此外，该天线罩在通带内高效透波，而对通带外的电磁波能进行有效的抑制，使得其具有较好的抗干扰性。

本发明的目的之二包括提供一种上述宽通带天线罩的应用，例如可以将其用作雷达、基站通讯或飞行器的天线系统的天线罩，可有效降低外界电磁波对天线系统及其所在设备的干扰损伤。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明实施例提出了一种宽通带天线罩，其包括第一外蒙皮层、第一泡沫结构层、第一频率选择层、第二泡沫结构层、第二频率选择层、第三泡沫结构层以及第二外蒙皮层。

第一泡沫结构层设置于第一外蒙皮层的一侧的表面；第一频率选择层设置于第一泡沫结构层的远离第一外蒙皮层的一侧的表面；第二泡沫结构层设置于第一频率选择层的远离第一泡沫结构层的一侧的表面；第二频率选择层设置于第二泡沫结构层的远离第一频率选择层的一侧的表面；第三泡沫结构层设置于第二频率选择层的远离第二泡沫结构层的一侧的表面；第二外蒙皮层设置于第三泡沫结构层的远离第二频率选择层的一侧的表面。

第一频率选择层和第二频率选择层均由介质基板以及附着于介质基板的表面的周期性的金属图案组成。

本发明还提出了一种上述宽通带天线罩的应用，例如可将其用作雷达、基站通讯或飞行器的天线系统的天线罩。

本发明实施例中宽通带天线罩及其应用的有益效果包括：

本发明较佳实施例提供的宽通带天线罩结构简单，厚度薄，传输损耗小，通带宽、带外抑制性好，兼具超宽阻带以及极化方向不敏感的特点。此外，该天线罩在通带内高效透波，而对通带外的电磁波能进行有效的抑制，使得其具有较好的抗干扰性。将其用作雷达、基站通讯或飞行器的天线系统的天线罩，可有效降低外界电磁波对天线系统及其所在设备的干扰损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例1提供的宽通带天线罩的单元结构的结构示意图；

图2为本申请实施例1提供的宽通带天线罩中金属单元结构的结构示意图；

图3为本申请实施例1提供的宽通带天线罩中金属图案周期性排布的结构示意图；

图4为本申请实施例1所得的宽通带天线罩的仿真曲线；

图5为实施例1所得的宽通带天线罩的te极化波传输系数；

图6为实施例1所得的宽通带天线罩的tm极化波传输系数。

图标：10-宽通带天线罩；11-第一外蒙皮层；12-第一泡沫结构层；13-第一频率选择层；14-第二泡沫结构层；15-第二频率选择层；16-第三泡沫结构层；17-第二外蒙皮层；19-金属图案；191-金属单元结构；1911-金属网；1912-金属环。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“垂直”等术语并不表示要求部件绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对“水平”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下进行具体说明。

本实施例涉及的宽通带天线罩包括第一外蒙皮层、第一泡沫结构层、第一频率选择层、第二泡沫结构层、第二频率选择层、第三泡沫结构层以及第二外蒙皮层。

其中，第一泡沫结构层设置于第一外蒙皮层的一侧的表面，第一频率选择层设置于第一泡沫结构层的远离第一外蒙皮层的一侧的表面，第二泡沫结构层设置于第一频率选择层的远离第一泡沫结构层的一侧的表面，第二频率选择层设置于第二泡沫结构层的远离第一频率选择层的一侧的表面，第三泡沫结构层设置于第二频率选择层的远离第二泡沫结构层的一侧的表面，第二外蒙皮层设置于第三泡沫结构层的远离第二频率选择层的一侧的表面。

作为可选地，上述各层之间可通过胶膜、预浸料或者树脂粘贴。整个宽通带天线罩的成型工艺可采用真空袋压成型或热压罐成型。值得说明的是，本申请所涉及的胶膜、预浸料以及树脂等物质以及成型工艺均可参照本领域现有技术，在此不做赘述。

本申请中，第一频率选择层和第二频率选择层均由介质基板以及附着于介质基板的表面的周期性的金属图案组成。金属图案可刻蚀于介质基板的表面。

在一些实施方式中，介质基板例如可包括聚酰亚胺薄膜或环氧玻璃纤维板(fr4)。介质基板的厚度可以为0.02-0.1mm，例如0.02mm、0.05mm、0.08mm或0.1mm等。

金属图案可以由金属网和金属环形成，其中，金属环设置于金属网内且金属环的中心和金属网的中心重合。金属环和金属网的设置关系可参照同心圆设置关系，可以理解成，金属环对应于同心圆的内圆位置，金属网对应于同心圆的外圆位置。

在一些较佳的实施方式中，金属网和金属环均呈正方形，也即金属网和金属环均为90°旋转对称结构。

在另一些较佳的实施方式中，金属网和金属环均呈正六边形，也即金属网和金属环均为30°旋转对称结构。

当金属网和金属环均呈正方形时，金属网的边长可以为9-9.6mm，如9mm、9.1mm、9.2mm、9.3mm、9.4mm、9.5mm或9.6mm等。金属环的线宽可以为2.5-2.8mm，如2.5mm、2.6mm、2.7mm或2.8mm等。金属环的内径可以为2.8-3.2mm，如2.8mm、2.9mm、3.0mm、3.1mm或3.2mm等。

值得说明的是，本申请中金属图案周期性排布是指金属图案包括多个金属单元结构，每个金属单元结构中包含1个金属网和1个金属环。多个金属单元结构呈平面阵列，也即每个金属单元结构中的金属网的4条边均对应连接有另一个金属单元结构中的金属网，且相互对应连接的2个金属网的边长对齐。每个金属单元结构中，金属环对应设置于金属网内。

在一些实施方式，同一周期(同一金属单元结构)中金属网的内壁与金属环的外壁之间的间隙可以为0.2-0.3mm，例如0.2mm、0.25mm或0.3mm等。本申请中，金属环的厚度可以为0.018-0.035mm，如0.018mm、0.02mm、0.025mm、0.03mm或0.035mm等。相应地，金属网的厚度也可以为0.018-0.035mm，如0.018mm、0.02mm、0.025mm、0.03mm或0.035mm等。优选地，金属环的厚度与金属网的厚度相等，可均为0.02mm。

作为可选地，本申请中，金属网和金属环均可由金属铜制得。

较佳地，金属的电导率可以为3.56×10⁷s/m-5.6×10⁷s/m，例如3.56×10⁷s/m、4×10⁷s/m、5×10⁷s/m或5.6×10⁷s/m等。

发明人发现，通过设置第一频率选择层和第二频率选择层能够使天线罩具有良好的空间电磁波的控制特性，其原因可能由于上述第一频率选择层和第二频率选择层对电磁波的透射和反射具有良好的选择性，可以让其通带内的电磁波呈现出全通特性，另外对于阻带内的电磁波呈现全反射特性。

进一步地，将金属环设置成方环，能够使其具有较好的极化稳定性和入射角稳定性。在金属网和方环组成的金属单元结构中，金属环的存在能够降低高频的透过系数，增强带外抑制性能。金属环和其外侧的金属网间的缝隙在电路上等效为电容，其尺寸可以对谐振频率和带宽进行微调。通过在本申请提供的尺寸范围内对金属环和金属网进行调节，能显著影响等效电路中的电容和电阻，进而对频率和带宽进行调节。

本申请中，第一外蒙皮层与第二外蒙皮层例如可以由石英纤维布和树脂粘结固化成型，其中，树脂包括乙烯基树脂或氰酸酯树脂；此外，也可以由损耗更低的低介电材料，如在树脂中掺加质量分数为2％的中空玻璃微球制得，以使天线罩的带内透波性能更好。

在一些实施方式中，第一外蒙皮层和第二外蒙皮层的材料的介电常数均可以为2.8-3.2，例如2.8(1-j0.02)、3.1(1-j0.02)或3.2(1-j0.02)。当然，第一外蒙皮层和第二外蒙皮层的介电常数也可以在2.8-3.2(1-j0.02)的范围内自由组合。较低的介电常数实部和较低的损耗有助于提升天线罩的透波性能。

第一外蒙皮层与第二外蒙皮层的厚度均可以为1.4-1.6mm，例如1.4mm、1.5mm或1.6mm。当然，第一外蒙皮层和第二外蒙皮层的厚度也可以在1.4-1.6mm范围内自由组合。

在一些实施方式中，第一泡沫结构层、第二泡沫结构层以及第三泡沫结构层的材料均可包括pvc泡沫或pmi泡沫，也可以采用芳纶纸蜂窝。泡沫结构层主要用于控制第一频率选择层和第二频率选择层的空间位置，提供一定的物理强度以及控制整个天线罩的厚度强度。

第一泡沫结构层、第二泡沫结构层以及第三泡沫结构层的材料的介电常数均可以为1.12-1.2，如1.12(1-j0.002)、1.18(1-j0.002)或1.2(1-j0.002)。当然，第一泡沫结构层、第二泡沫结构层以及第三泡沫结构层的介电常数也可以在1.12-1.2(1-j0.002)的范围内自由组合。该较低的介电和损耗有利于进一步提高天线罩的性能。

在本申请中，第一泡沫结构层与第三泡沫结构层的厚度均可以为6.2-6.8mm，第二泡沫结构层的厚度可以为5.8-6.2mm。在一些优选的实施方式中，第一泡沫结构层与第三泡沫结构层的厚度均为6.5mm，第二泡沫结构层的厚度可以为6mm。

值得说明的是，本申请中，宽通带天线罩的各层结构的厚度、金属环以及金属网的尺寸均不限于上述范围，实际生产中，可根据需要对尺寸进行调节。

承上，本申请所提供的宽通带天线罩在壁厚方向呈对称分布，在罩壁所在平面内呈旋转对称，以使得第一频率选择层和第二频率选择层具有较好的带宽稳定性和入射角稳定性。采用两层频率选择层，整体呈多重对称结构，整体结构紧凑，易于加工。频率选择层具有较宽的通带带宽，能够提供有效的通信带宽，且通带外的带外抑制效果好。该天线罩在通带内的插损小，小于0.6db的带宽超过1ghz，平顶特性和陡降特性良好。

此外，本申请还提供了一种上述宽通带天线罩的应用，例如，可将其用作雷达、基站通讯或飞行器的天线系统的天线罩，可有效降低外界电磁波对天线系统及其所在设备的干扰损伤。

实施例1

本实施例提供一种宽通带天线罩10，请一并参照图1至图3，该宽通带天线罩10包括第一外蒙皮层11、第一泡沫结构层12、第一频率选择层13、第二泡沫结构层14、第二频率选择层15、第三泡沫结构层16以及第二外蒙皮层17。上述各层之间通过乙烯基树脂粘贴，整个宽通带天线罩10的成型工艺采用真空袋压成型。

其中，第一泡沫结构层12设置于第一外蒙皮层11的一侧的表面，第一频率选择层13设置于第一泡沫结构层12的远离第一外蒙皮层11的一侧的表面，第二泡沫结构层14设置于第一频率选择层13的远离第一泡沫结构层12的一侧的表面，第二频率选择层15设置于第二泡沫结构层14的远离第一频率选择层13的一侧的表面，第三泡沫结构层16设置于第二频率选择层15的远离第二泡沫结构层14的一侧的表面，第二外蒙皮层17设置于第三泡沫结构层16的远离第二频率选择层15的一侧的表面。

第一外蒙皮层11与第二外蒙皮层17均由多层石英纤维布和氰酸酯树脂粘接固化制得。第一外蒙皮层11和第二外蒙皮层17的材料的介电常数均为3.0(1-j0.02)，第一外蒙皮层11与第二外蒙皮层17的厚度均为1.5mm。

第一泡沫结构层12、第二泡沫结构层14以及第三泡沫结构层16的材料均为pvc泡沫。第一泡沫结构层12、第二泡沫结构层14以及第三泡沫结构层16的介电常数均为1.18(1-j0.002)。第一泡沫结构层12与第三泡沫结构层16的厚度均为6.5mm，第二泡沫结构层14的厚度可以为6mm。

第一频率选择层13和第二频率选择层15均由介质基板(图未示)以及附着于介质基板的表面的周期性的金属图案19组成。金属图案19刻蚀于介质基板(聚酰亚胺薄膜)的表面。

请一并参照图2与图3，金属图案19由均呈正方形的金属网1911和金属环1912形成，金属环1912设置于金属网1911内且金属环1912的中心和金属网1911的中心重合。金属网1911和金属环1912均由导电率为5.6×10⁷s/m的金属铜制得。金属网1911的边长(图2中以“p”表示)为9.3mm，金属环1912的线宽(图2中以“w”表示)为2.65mm，金属环1912的内径(图2中以“l”表示)为3.0mm。

金属图案19周期性排布是指金属图案19包括多个金属单元结构191，每个金属单元结构191中包含1个金属网1911和1个金属环1912。每个金属单元结构191中的金属网1911的4条边均对应连接有另一个金属单元结构191中的金属网1911，且相互对应连接的2个金属网1911的边长对齐。每个金属单元结构191中，金属环1912对应设置于金属网1911内。同一周期中金属网1911的内壁与金属环1912的外壁之间的间隙(图2中以“s”表示)为0.25mm。上述金属环1912及金属网1911的厚度均为0.02mm，介质基板的厚度为0.03mm。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：宽通带天线罩的各层之间通过预浸料粘贴，整个宽通带天线罩的成型工艺采用热压罐成型。

第一外蒙皮层与第二外蒙皮层均由多层石英纤维布和乙烯基树脂粘结固化成型而得。第一外蒙皮层和第二外蒙皮层的材料的介电常数均为3.1(1-j0.02)，第一外蒙皮层与第二外蒙皮层的厚度均为1.4mm。

第一泡沫结构层、第二泡沫结构层以及第三泡沫结构层的材料均为芳纶纸蜂窝。第一泡沫结构层、第二泡沫结构层以及第三泡沫结构层的介电常数均为1.1(1-j0.002)。第一泡沫结构层与第三泡沫结构层的厚度均为6.8mm，第二泡沫结构层的厚度可以为6.2mm。

金属网和金属环均由导电率为5.6×10⁷s/m的金属铜制得。金属网的边长为9mm，金属环的线宽为2.5mm，金属环的内径为2.8mm。同一周期中金属网的内壁与金属环的外壁之间的间隙为0.24mm。金属环及金属网的厚度均为0.018mm，介质基板的厚度为0.02mm。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：宽通带天线罩的各层之间通过树脂粘贴，树脂为掺杂了质量分数为2％的中空玻璃微球的乙烯基树脂，整个宽通带天线罩的成型工艺采用热压罐成型。

第一外蒙皮层与第二外蒙皮层均由石英纤维布和乙烯基树脂制得。第一外蒙皮层和第二外蒙皮层的材料的介电常数均为3.2(1-j0.02)，第一外蒙皮层与第二外蒙皮层的厚度均为1.6mm。

第一泡沫结构层、第二泡沫结构层以及第三泡沫结构层的材料均为pmi泡沫。第一泡沫结构层、第二泡沫结构层以及第三泡沫结构层的介电常数均为1.16(1-j0.002)。第一泡沫结构层与第三泡沫结构层的厚度均为6.2mm，第二泡沫结构层的厚度可以为5.8mm。

金属图案刻蚀于环氧玻璃纤维板(fr4)的表面。金属网和金属环均由导电率为3.6×10⁷s/m的金属铝制得。金属网的边长为9.6mm，金属环的线宽为2.8mm，金属环的内径为3.2mm。同一周期中金属网的内壁与金属环的外壁之间的间隙为0.26mm。金属环及金属网的厚度均为0.022mm，介质基板的厚度为0.04mm。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：金属网和金属环均呈正六边形。每个金属单元结构中的金属网的6条边均对应连接有另一个金属单元结构中的金属网，且相互对应连接的2个金属网的边长对齐。每个金属单元结构中，金属环对应设置于金属网内。

试验例

以实施例1所得的宽通带天线罩为例，经测定，该宽通带天线罩的中心频率为9ghz，可工作入射角域为0-45°，传输通带频率范围8.3-9.4ghz。

图4为实施例1所得的宽通带天线罩的仿真曲线，由该图可以看出，实施例所提供的宽通带天线罩在7.8-9.4ghz宽带范围内，插损小于0.7db。

图5为实施例1所得的宽通带天线罩的te极化波传输系数，图6为实施例1所得的宽通带天线罩的tm极化波传输系数。结合图4至图6可以看出，该宽通带天线罩在8.3-9.4ghz这一通带范围内，对于0-45°角域入射的电磁波，频率选择层te、tm波插入损耗均小于0.7db；传输频段较宽，且谐振频率随入射角变化相对稳定；在11.5-18ghz这一抑制频段范围内对te和tm波的传输抑制均高于20db，带外抑制性能良好；对非垂直入射的电磁波，仅在16ghz以上有一定的波动，部分频段的带阻特性有一定的变弱。

此外，按照同样的方法分别对实施例2-4所得的宽通带天线罩进行性能测试，其结果显示，实施例2至实施例4所得的宽通带天线罩的性能与实施例1的宽通带天线罩的性能基本一致。

综上，本申请提供的宽通带天线罩是一种能够在宽入射角域内提供良好的带通滤波性能的宽通带宽阻带频率选择表面结构及其天线罩。该宽通带天线罩在工作角域和工作频率范围内能够具有良好的传输表现，具有低插入损耗和高矩形吸收的特点，且在更低损耗材料的使用下，天线罩的插损可以控制的更低。在工作频带外的低传输性能，可以有效的降低外界电磁波对天线系统及其所在设备的干扰损伤等，可以广泛的被应用于雷达、基站通迅、飞行器等天线系统的天线罩设计中。

以上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。