[发明专利]超材料基站天线罩和天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及天线罩，更具体地说，涉及超材料基站天线罩和天线系统。

背景技术

近年来，随着无线通讯技术的发展，无线局域网已深入各个场所，为了以低成本、无线化的方式将各个无线网络串联起来，需加强骨干网络基站的布建，通常以长距离及点对点的方式构成，因此需要高指向性、高增益天线。

一般情况下，天线系统都会设置有天线罩，天线罩的目的是保护天线系统免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线系统工作性能比较稳定、可靠。同时减轻天线系统的磨损、腐蚀和老化，延长使用寿命。但是天线罩是天线前面的障碍物，对天线辐射波会产生吸收和反射，改变天线的自由空间能量分布，尤其是介电常数和损耗大的材料，对天线电磁波的反射系数大，影响天线的性能，降低天线增益。

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。

人造微结构和基板的叠加会在空间中产生一个等效介电常数与磁导率，这两个物理参数分别对应了材料整体的电场响应与磁场响应。超材料的电磁响应很大程度上取决于其人造微结构金属线的拓扑特征和超材料单元尺寸。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。

目前制备天线罩的材料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、高分子聚合物等，材料的介电常数具有不可调节性。结构上多为均匀单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等，罩壁厚度的设计需兼顾工作波长、天线罩尺寸和形状、环境条件、所用材料在电气和结构上的性能等因素，在保护天线免受外部环境影响的条件下大多不具备增强天线方向性和增益的功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述天线罩不具备增强天线方向性和增益的缺陷，提供一种超材料基站天线罩和天线系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超材料基站天线罩，所述超材料基站天线罩罩设于天线上，包括至少一个超材料片层，每一超材料片层包括基板和阵列排布在所述基板上的多个人造微结构；每一人造微结构包括四个阵列排布的口字形结构，其中每一口字形结构的靠近所述人造微结构中心的拐角处开设有缺口；所述口字形结构为边长相等的正方形结构；

所述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，每一超材料单元划分为四个面积相等的象限，四个口字形结构的中心位于超材料单元四个象限的中心。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，所述超材料基站天线罩包括一个超材料片层，所述超材料片层还包括一基板，用于覆盖人造微结构，将人造微结构夹设在两个基板之间。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，所述口字形结构的尺寸相同，每两个相邻的口字形结构之间有间隙。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，所述口字形结构由具有预设线宽的金属丝构成。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，所述天线罩工作在L波段和S波段。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，每一超材料单元的长和宽均为5mm，所述基板的厚度为2mm，所述人造微结构的厚度为0.018mm。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，所述口字形结构的边长为1～2mm，所述缺口的长度为0.1～0.5mm。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，所述基板由F4B复合材料制成。

在本发明所述的超材料基站天线罩中，所述人造微结构由铜线或者银线制成。

本发明还提供一种天线系统，包括天线本体，以及如上所述的超材料基站天线罩，所述超材料基站天线罩罩设于天线本体上。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：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。可以通过调节人造微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，实现对电磁波的调制，减少了传统天线罩设计时对材料厚度和介电常数的限制，有效控制电磁波的传播特性，加强电磁波的透射，从而提高天线的方向性和增益。

附图说明