[发明专利]超材料及由其制成的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，涉及一种由全新设计的超材料结构单元制成的超材料及由其制成的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。当前，人们在介质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。人们发现，用这种新型超材料来构建的透波天线罩具有良好的透波性能，对电磁波的损耗较小,从而日益为研究人员所关注。

传统上，制造透波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。尽管这种天线罩不仅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，但是随着技术的发展，对天线罩的透波效率提出了更高的要求，且要求反射更少，以尽可能地减少对天线电性能的影响。

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超材料及由其制成的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：一种超材料，适用于透射Ka波段的电磁波，其包括至少一超材料片层，每个超材料片层包括一第一介质基板和阵列排布于所述第一介质基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括四条从同一点延伸出的尺寸相同的直线段，在以所述点为中心点的顺时针或逆时针方向上，任两相邻直线段相互垂直；每个人工微结构的四条直线段与四个相邻人工微结构的一直线段之间留有间隙，且任两相邻人工微结构的两对应的直线段位于同一直线上。

优选地，每个人工微结构的每条直线段的长度为0.85~0.9mm。

优选地，每个人工微结构的每条直线段的长度为0.8mm。

优选地，每个人工微结构的每条直线段的宽度为0.1~0.3mm。

优选地，每个人工微结构的每条直线段的宽度为0.2mm。

优选地，每个人工微结构的每条直线段是金属线。

优选地，每个超材料片层还包括覆盖于所述多个人工微结构上的第二介质基板。

优选地，所述第一介质基板和第二介质基板均由聚四氟乙烯制成，厚度均为1.6mm。

优选地，每个超材料片层包括多个阵列排布在一起的超材料单元，每个超材料单元上具有一个所述人工微结构。

一种超材料天线罩，工作在Ka波段，其包括至少一超材料片层，每个超材料片层包括一第一介质基板和阵列排布于所述第一介质基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括四条从同一点延伸出的尺寸相同的直线段，在以所述点为中心点的顺时针或逆时针方向上，任两相邻直线段相互垂直；每个人工微结构的四条直线段与四个相邻人工微结构的一直线段之间留有间隙，且任两相邻人工微结构的两对应的直线段位于同一直线上。

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超材料天线罩，所述超材料天线罩工作在Ka波段，其包括至少一个超材料片层，每个超材料片层包括一第一介质基板和阵列排布于所述第一介质基板上的多个人工微结构，每个人工微结构包括四条从同一点延伸出的尺寸相同的直线段，在以所述点为中心点的顺时针或逆时针方向上，任两相邻直线段相互垂直；每个人工微结构的四条直线段与四个相邻人工微结构的一直线段之间留有间隙，且任两相邻人工微结构的两对应的直线段位于同一直线上。

本发明超材料及由其制成的超材料天线罩和天线系统具有以下有益效果：由所述具有一定形状的人工微结构构成的超材料可让Ka波段的电磁波高效穿过，损耗较小，而具有良好的透波性能，而且在Ka波段内其透波率很稳定，具有宽频特性。

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是本发明超材料的一个结构示意图；

图2是图1中的结构层的平面示意图；

图3是图2中的一个人工微结构的放大示意图；

图4是图1中的一个样品的透射系数S2随某一频段的电磁波变化的曲线图；

图5是图4中某一频段的放大图；

图6是具有与图4中的样品相同尺寸的F4B单元块的透射系数S2随某一频段的电磁波变化的曲线图；

图7是本发明超材料天线罩和天线系统的一个结构示意图；