[发明专利]宽频带阻超材料及其宽频带阻超材料天线罩和天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及超材料及由其制成的超材料天线罩和天线系统，更具体地说，涉及一种设计新颖的宽频带阻超材料及由其制成的宽频带阻超材料天线罩和天线系统。

背景技术

超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料。当前，人们在基板上周期性地排列具有一定几何形状的人工微结构来形成超材料。由于可以利用人工微结构的几何形状和尺寸以及排布来改变超材料空间各点的介电常数和/或磁导率，使其产生预期的电磁响应，以控制电磁波的传播，故而，在多个领域具有广泛的应用前景，成为各国科研人员争相研究的热点领域之一。特别是将超材料做为具有良好透波性能的透波材料，并用来制作天线罩已有相当研究。

传统上，制造天线罩时多采用介电常数和损耗角正切低、机械强度高的材料，如玻璃钢、环氧树脂和ABS以及UPVC等高分子聚合物。尽管由这些材料制成的天线罩可使天线免受外界恶劣环境的影响，而且对天线的发送和/或接收的电磁波的损耗较小，但是由于这种天线罩通常是带通天线罩，用于舰船雷达系统(其工作频率一般为3GHz)时，会在某些频段(如X波段或更高频率)产生谐振，并且在高频时出现很多栅瓣，使某些频率和入射角的雷达散射截面(英文为Radar Cross Section，简称RCS)增大，这样雷达非统容易暴露。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种具有良好透波性能的宽频带阻超材料及由其制成的宽频带阻超材料天线罩和天线系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种宽频带阻超材料，其包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括介质基板和两分别附着于所述介质基板的两相对表面的结构层，每一结构层包括多个呈正六边形的金属微结构，所述两结构层中位于所述介质基板的对应位置的两金属微结构组成一对，每一结构层中任两相邻金属微结构的两相邻边相互平行。

优选地，每一金属微结构的外接圆的半径为2.72～2.95mm。

优选地，每一金属微结构包括六条首尾相接而构成封闭环的金属线段，所述六条金属线段的长度相等、宽度相等，宽度均为0.13～0.20mm。

优选地，任两相邻金属微结构的两相邻金属线段相互平行。

优选地，任两相邻金属线段的间距均相等，均为0.25～0.32mm。

优选地，每一金属微结构的外接圆的半径为2.85mm；每一金属微结构的各金属线段的宽度均为0.17mm、厚度均为0.018mm；任两相邻金属微结构的两相互平行的金属线段的间距为0.28mm；所述介质基板的厚度为9mm。

优选地，所述介质基板由聚四氟乙烯(F4B)制成。

优选地，每一金属微结构的金属线段由铜制成。

一种宽频带阻超材料天线罩，其包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括介质基板和两分别附着于所述介质基板的两相对表面的结构层，每一结构层包括多个呈正六边形的金属微结构，所述两结构层中位于所述介质基板的对应位置的两金属微结构组成一对，每一结构层中任两相邻金属微结构的两相邻边相互平行。

一种天线系统，包括天线和设置于所述天线接收和/或发射的电磁波的传播方向上的宽频带阻超材料天线罩，所述宽频带阻超材料天线罩包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括介质基板和两分别附着于所述介质基板的两相对表面的结构层，每一结构层包括多个呈正六边形的金属微结构，所述两结构层中位于所述介质基板的对应位置的两金属微结构组成一对，每一结构层中任两相邻金属微结构的两相邻边相互平行。

本发明宽频带阻超材料及由其制成的宽频带阻超材料天线罩和天线系统具有以下有益效果：由于其超材料片层的两表面上均具有多个呈正六边形的金属微结构，且任两相邻金属微结构的两相邻边相互平行，从而使任两相邻金属微结构的中心的间距变小，可抑制超宽的高频段内的电磁波而具有宽频带阻功能，而对于低频段的电磁波，其透波率高，且反射小，具有良好的透波性能。

附图说明

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明宽频带阻超材料的一个超材料片层的结构示意图；

图2是图1中所述超材料片层的结构层的平面示意图；

图3是用于构成图2中所述结构层的一个金属微结构的放大示意图；

图4是图1中一个呈长方形的超材料单元样品的反射系数S1和透射系数S2随电磁波的频率变化的响应曲线图；

图5是本发明宽频带阻超材料天线罩和天线系统的示意图。

图中各标号对应的名称为：