专利名称：K波段超宽频透波天线罩的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种天线罩，尤其涉及一种K波段超宽频透波天线罩。
背景技术：
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，并在一定程度上影响天线的电气性能。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，较难达到高透波要求，而且天线罩的工作频段较窄，在不同的频段需求下需要更换天线罩，无法实现资源的重复使用，导致资源的浪费以及设备成本的提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种在整个K波段(18-27GHZ)均具有良好透波性能的天线罩。本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种K波段超宽频透波天线罩，其虚拟划分为多个基本单兀，每一基本单兀尺寸小于所需响应电磁波波长的五分之一；所述基本单元包括材料相同的第一、第二、第三和第四基板；所述第一基板外表面附着有第一人造微结构，所述第一基板和第二基板之间夹设有第二人造微结构，所述第二基板和第三基板之间夹设有第三人造微结构，所述第三基板和第四基板之间夹设有第四人造微结构，所述第四基板外表面附着有第五人造微结构；所述第一人造微结构为实心正方形金属贴片，所述第二人造微结构为“十”字形金属结构，所述第三人造微结构为边长大于第一人造微结构的实心正方形金属贴片，所述第四人造微结构形状与第二人造微结构相同，所述第五人造微结构形状与第一人造微结构相同。进一步地，所述基板材料为相对介电常数为4. O至4. 5，损耗角正切为O. 02至O. 03的FR4材料。进一步地，所述基本单元长宽尺寸相等，长宽尺寸为2. 4至3. O毫米。进一步地，所述第一人造微结构为边长O. 4至O. 7毫米的实心正方形金属贴片；所述第二人造微结构的两条金属分支长度和线宽均相同，长度为2. 4至3. O毫米，线宽为O. 2毫米。进一步地，所述第三人造微结构边长比第一人造微结构边长长O. 2至O. 3毫米。进一步地，所述第一人造微结构和第五人造微结构上还覆盖有保护层。进一步地，所述第一至第五人造微结构由铜或银制成。
进一步地，所述基板材料为相对介电常数为4. 3，损耗角正切为O. 025。进一步地，所述第一人造微结构边长为O. 6毫米；所述第二人造微结构长度为2. 6毫米。进一步地，所述基本单元长宽尺寸为2. 6毫米。进一步地，所述第一至第五人造微结构通过蚀刻、钻刻、电子刻或电子刻附着于各基板表面。本发明通过采用超材料原理设计透波天线罩，通过设置多层微结构使得天线罩整体的阻抗渐变进而达到阻抗匹配和宽频透波效果。本发明在K波段其透波率达到80%以上。
图I为构成超材料的基本单元的立体结构示意图；图2为构成本发明K波段超宽频透波天线罩的基本单元的立体结构示意图；图3为第一人造金属微结构拓扑图；图4为第二人造金属微结构拓扑图；图5第三人造金属微结构拓扑图；图6第四人造金属微结构拓扑图；图7第五人造金属微结构拓扑图；图8为采用纯FR4材料制成的天线罩的S参数仿真图；图9为本发明K波段超宽频透波天线罩的S参数仿真图；图10为本发明K波段超宽频透波天线罩的阻抗匹配效果图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。光，作为电磁波的一种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺寸，因此我们可以用玻璃的整体参数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节参数来描述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体参数，例如介电常数ε和磁导率μ来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数即可使得材料对电磁波具有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波等。该类具有规律排布的磁导率和介电常数的材料称之为超材料。如图I所示，图I为构成超材料的基本单元的立体结构示意图。超材料的基本单元包括人造微结构2以及该人造微结构附着的第一基板I。人造微结构可为人造金属微结构，人造金属微结构具有能对入射电磁波电场和/或磁场产生响应的平面或立体拓扑结构，改变每个超材料基本单元上的人造金属微结构的图案和/或尺寸即可改变每个超材料基本单元对入射电磁波的响应。人造微结构2上还可覆盖有第二基板3，第二基板3、人造微结构2以及第一基板I构成超材料的基本单元。多个超材料基本单元按一定规律排列即可使得超材料对电磁波具有宏观的响应。由于超材料整体需对入射电磁波有宏观电磁响应因此各个超材料基本单元对入射电磁波的响应需形成连续响应，这要求每一超材料基本单元的尺寸小于入射电磁波波长的五分之一，优选为入射电磁波波长的十分之一。本段描述中，我们人为的将超材料整体划分为多个超材料基本单元，但应知此种划分方法仅为描述方便，不应看成超材料由多个超材料基本单元拼接或组装而成，实际应用中超材料是将人造金属微结构周期排布于基材上即可构成，工艺简单且成本低廉。周期排布即指上述人为划分的各个超材料基本单元上的人造金属微结构能对入射电磁波产生连续的电磁响应。本发明利用上述超材料原理设计K波段超宽频透波天线罩，与图I不同的是，本发明K波段超宽频透波天线罩的基本单元包括多层基板，每层基板上均附着有不同的微结构。通过设计不同的微结构的排布实现阻抗匹配与宽频透波的效果。本发明通过如下方式设计(1)通过传输线理论建立电路模型、仿真并调整该电路模型直至得到所需效果并得出最终电路模型中的电容和电感值；(2)设计不同的微结构以实现上述电路模型中的电容和电感值。本发明中以金属贴片实现改变对应子单元的电容值，以“十”字形金属结构实现改变对应子单元的电感值。下面详细描述本发明中各层基板上附着的人造微结构的拓扑结
构和尺寸。本发明K波段超宽频透波天线罩的基本单元如图2所示，其包括第一基板10、第二基板20、第三基板30、第四基板40。其中，基本单元的长宽相等，长宽的尺寸优选为2. 4至3. O毫米，更优选为2. 6毫米。本发明中，第一基板10外表面附着有第一人造微结构，第一基板10和第二基板20之间夹设有第二人造微结构，第二基板20和第三基板30之间夹设有第三人造微结构，第三基板30和第四基板40之间夹设有第四人造微结构，第四基板40外表面附着有第五人造微结构。夹设是指人造微结构附着于两相邻基板相接触的两表面的任一表面上。基板材料优选为相对介电常数为4. O至4. 5，损耗角正切为O. 02至O. 03的FR4材料。更优选地，基板材料为相对介电常数为4. 3，损耗角正切为O. 025的FR4材料。本实施例中，由于第一微结构和第五微结构裸露在外，还可在第一微结构和第五微结构表面覆盖保护层，覆盖有保护层的天线罩，其内部的各个微结构均能有效避免被外部的水汽等物体渗透和腐蚀而影响天线罩的介电性能，能提高天线罩的使用寿命。第一至第五人造微结构可通过蚀刻、钻刻、电子刻、离子刻等方式附着于各基板表面上。其中蚀刻为较优选工艺。请参照图3、图4、图5、图6和图7，图3至图7分别为第一至第五人造金属微结构的拓扑形状图。第一人造金属微结构为边长O. 4至O. 7毫米的实心正方形金属贴片;第二人造金属微结构为“十”字形金属结构，其两条金属分支长度和线宽均相同，长度为2. 4至3. O毫米，线宽为O. 2毫米；第三人造金属微结构为实心正方形金属贴片，其边长比第一人造金属微结构边长长O. 2至O. 3毫米；第四人造金属微结构与第二人造金属微结构相同；第五人造金属微结构与第一人造金属微结构相同。本实施例中采用上述人造金属结构能使得阻抗渐变，从而达到阻抗匹配和宽频透波的效果。作为对比例，图8示出了使用传统纯FR4材料制备的天线罩的S参数仿真结果图，图9为本发明天线罩的S参数仿真结果图。从图8和图9的对比中可以看出，在K波段(18-27GHZ)加入人造金属微结构后的板材透波性能提高很多。图10为本发明天线罩的阻抗匹配测试结果图。从图10中可以看出，本发明采用多层匹配的人造金属微结构后，在K波段内其阻抗与空气匹配极佳，阻抗值均值约等于1，透波率在80%以上。上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员 在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
权利要求
1.ー种K波段超宽频透波天线罩，其特征在于所述天线罩虚拟划分为多个基本単元，姆一基本单元尺寸小于所需响应电磁波波长的五分之一；所述基本单元包括材料相同的第一、第二、第三和第四基板；所述第一基板外表面附着有第一人造微结构，所述第一基板和第二基板之间夹设有第二人造微结构，所述第二基板和第三基板之间夹设有第三人造微结构，所述第三基板和第四基板之间夹设有第四人造微结构，所述第四基板外表面附着有第五人造微结构；所述第一人造微结构为实心正方形金属贴片，所述第二人造微结构为“十”字形金属结构，所述第三人造微结构为边长大于第一人造微结构的实心正方形金属贴片，所述第四人造微结构形状与第二人造微结构相同，所述第五人造微结构形状与第一人造微结构相同。
2.如权利要求I所述的天线罩，其特征在于所述基板材料为相对介电常数为4.O至4.5，损耗角正切为0. 02至0. 03的FR4材料。
3.如权利要求2所述的天线罩，其特征在于所述基本単元长宽尺寸相等，长宽尺寸为2.4至3. 0毫米。
4.如权利要求3所述的天线罩，其特征在于所述第一人造微结构为边长0.4至0.7毫米的实心正方形金属贴片；所述第二人造微结构的两条金属分支长度和线宽均相同，长度为2. 4至3. 0毫米,线宽为0. 2毫米。
5.如权利要求I或4所述的天线罩，其特征在于所述第三人造微结构边长比第一人造微结构边长长0. 2至0. 3毫米。
6.如权利要求I所述的天线罩，其特征在于所述第一人造微结构和第五人造微结构上还覆盖有保护层。
7.如权利要求I所述的天线罩，其特征在于所述第一至第五人造微结构由铜或银制成。
8.如权利要求2所述的天线罩，其特征在于所述基板材料为相对介电常数为4.3，损耗角正切为0. 025。
8.如权利要求4所述的天线罩，其特征在于所述第一人造微结构边长为0.6毫米；所述第二人造微结构长度为2. 6毫米。
9.如权利要求3所述的天线罩，其特征在于所述基本単元长宽尺寸为2.6毫米。
10.如权利要求I所述的天线罩，其特征在于所述第一至第五人造微结构通过蚀刻、钻刻、电子刻或电子刻附着于各基板表面。
全文摘要
本发明公开一种K波段超宽频透波天线罩，其虚拟划分为多个基本单元，每一基本单元尺寸小于所述响应电磁波波长的五分之一；所述基本单元包括材料相同的第一、第二、第三和第四基板；所述第一基板外表面附着有第一人造微结构，所述第一基板和第二基板之间夹设有第二人造微结构，所述第二基板和第三基板之间夹设有第三人造微结构，所述第三基板和第四基板之间夹设有第四人造微结构，所述第四基板外表面附着有第五人造微结构。本发明通过采用超材料原理设计透波天线罩，通过设置多层子单元层使得各层子单元层的阻抗渐变进而达到阻抗匹配和宽频透波效果。本发明在K波段其透波率达到80%以上。
文档编号H01Q15/08GK102760947SQ201210220490
公开日2012年10月31日 申请日期2012年6月29日 优先权日2012年6月29日
发明者刘若鹏, 吴煜锋, 张岭, 方小伟, 王海莲, 赵治亚, 陈智伟 申请人:深圳光启创新技术有限公司