超材料频选表面及由其制成的超材料频选天线罩和天线系统技术方案

本发明专利技术涉及一种超材料频选表面，其包括两个基板和置于所述两个基板之间的结构层，所述结构层包括多个呈阵列排布的金属微结构，每个金属微结构包括第一直线簇和第二直线簇，所述第一直线簇包括第一金属线段和非对称地位于第一金属线段的两侧且与第一金属线段平行的两根第二金属线段，所述第二直线簇包括垂直平分所述第一、第二金属线段的第三金属线段，且每个金属微结构的第一、第二金属线段分别与位于其周围两相对侧的两金属微结构的第一、第二金属线段相连接、第三金属线段与位于其周围另外两相对侧的两金属微结构的第三金属线段相连接，而具有良好的电磁性能和频选特性。本发明专利技术还涉及一种由此超材料频选表面制成的超材料频选天线罩和天线系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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超材料频选表面及由其制成的超材料频选天线罩和天线系统。
技术介绍
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。特别是可将超材料制作成具有良好透波性能的透波材料，并用来制作天线罩方面已有相当研究。 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，但由于其波阻抗与空气的波阻抗不同，电磁波在空气与天线罩之间传播时会发生反射，从而降低了天线的辐射效率和增益，严重影响天线的电磁性能。此外，有时需要天线罩具有频率选择(简称为“频选”)特性，而传统材料在制作上较复杂，成本较高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种既具有良好的电磁性能又具有频选特性的超材料频选表面及由其制成的超材料频选天线罩和天线系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种超材料频选表面，所述超材料频选表面包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括两个结合在一起的基板和置于所述两个基板之间的结构层，所述结构层包括多个呈阵列排布的金属微结构，每个金属微结构包括相互正交的第一直线簇和第二直线簇，所述第一直线簇包括第一金属线段和非对称地位于所述第一金属线段两侧且与所述第一金属线段平行的两根第二金属线段，所述第二直线簇包括垂直平分所述第一金属线段和两根第二金属线段的第三金属线段，所述第一金属线段垂直但非平分所述第三金属线段，且每个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段分别与位于其周围两相对侧的两个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段相连接、第三金属线段与位于其周围另外两相对侧的两个金属微结构的第三金属线段相连接。所述每个金属微结构及其所在的基板部分称为一个超材料单元，每个金属微结构的第一金属线段与第三金属线段的交点与超材料单元的中心不相重合。所述每个金属微结构的两根第二金属线段与相应的超材料单元的边界之间的距离相等，均为O. 85 O. 94mmο所述每个金属微结构的第一金属线段与一侧的第二金属线段的距离为I. I I. 4mm,同时第一金属线段与另一侧的第二金属线段的距离为2. 5 2. 9_。所述每个金属微结构的第一金属线段、第二金属线段和第三金属线段的宽度相等，均为 O. 085 O. 125mm。所述两个基板的厚度为I. 6 2. 3mm。所述每个金属微结构的两根第二金属线段与相应的超材料单元的边界之间的距离均为O. 9mm、第一金属线段与一侧的第二金属线段的距离为I. 3mm,第一金属线段与另一侧的第二金属线段的距离为2. 6mm ;每个金属微结构的第一金属线段、第二金属线段和第三金属线段的宽度均为O. 1mm、厚度均为O. 018mm ;所述两个基板的厚度均为2_。所述两基板由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)制成；所述第一金属线段、第二金属线段和第三金属线段是铜线。 进一步的改进，一种超材料频选表面，其包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括两个结合在一起的基板和置于所述两个基板之间的结构层，所述结构层包括多组相互平行排布的第一直线组和与所述多组第一直线组正交的多组第二直线组，每一个第一直线组包括第一金属线和非对称地位于所述第一金属线的两侧且与所述第一金属线平行的两根第二金属线，每一个第一直线组的两根第二金属线分别与相邻的两个第一直线组的第二金属线平行，每一个第二直线组包垂直于所述第一金属线和两个第二金属线的第三金属线。一种超材料频选天线罩，其包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括两个结合在一起的基板和置于所述两个基板之间的结构层，所述结构层包括多个呈阵列排布的金属微结构，每个金属微结构包括相互正交的第一直线簇和第二直线簇，所述第一直线簇包括第一金属线段和非对称地位于所述第一金属线段两侧且与所述第一金属线段平行的两根第二金属线段，所述第二直线簇包括垂直平分所述第一金属线段和两根第二金属线段的第三金属线段，所述第一金属线段垂直但非平分所述第三金属线段，且每个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段分别与位于其周围两相对侧的两个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段相连接、第三金属线段与位于其周围另外两相对侧的两个金属微结构的第三金属线段相连接。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频选天线罩，所述超材料频选天线罩包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括两个结合在一起的基板和置于所述两个基板之间的结构层，所述结构层包括多个呈阵列排布的金属微结构，每个金属微结构包括相互正交的第一直线簇和第二直线簇，所述第一直线簇包括第一金属线段和非对称地位于所述第一金属线段两侧且与所述第一金属线段平行的两根第二金属线段，所述第二直线簇包括垂直平分所述第一金属线段和两根第二金属线段的第三金属线段，所述第一金属线段垂直但非平分所述第三金属线段，且每个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段分别与位于其周围两相对侧的两个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段相连接、第三金属线段与位于其周围另外两相对侧的两个金属微结构的第三金属线段相连接。本专利技术的超材料频选表面及由其制成的超材料频选天线罩和天线系统具有以下有益效果由于其采用了两基板之间阵列设置多个金属微结构的夹层结构设计，不仅具有结构稳定性，而且在一定的超宽频段内对电磁波的反射减小、透射效率高，从而具有良好的透波性能，且同时可抑制此频段外的电磁波，过滤掉杂波，减小了杂波干扰，亦具有频选特性。附图说明下面将结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。图I是本专利技术超材料频选表面的一个超材料片层的立体结构示意图；图2是图I中的超材料片层的结构层的平面示意图；图3是用于构成图2中的结构层的一个金属微结构的放大示意图； 图4和图5是分别图I中所示的一个超材料单元样品的反射系数Sll和透射系数S21随电磁波的频率变化的响应曲线图。图中各标号对应的名称为10超材料片层、12基板、14结构层、16金属微结构、162第一直线簇、163第一金属线段、164第二金属线段、166第二直线簇、167第三金属线段、18超材料单元具体实施例方式本专利技术中的“表面”、“片层”、“板”、“层”等术语既指平面、曲面、锥面、球面、异形面等任意形状的薄层材料，亦可包括柔软的薄膜，因应用需求而不同。为简明起见，本实施方式中的“表面”、“片层”、“板”、“层”均以平面示意。如图I所示，本专利技术超材料频选表面包括至少一个超材料片层10，超材料片层10包括两个结合在一起的基板12和置于所述两个基板12之间的结构层14。所述两个基板12由聚合物材料、陶瓷材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料等制成，如环氧树脂玻璃纤维布(即FR4)、聚四氟乙烯(英文名为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超材料频选表面，其特征在于，所述超材料频选表面包括至少一个超材料片层，所述超材料片层包括两个结合在一起的基板和置于所述两个基板之间的结构层，所述结构层包括多个呈阵列排布的金属微结构，每个金属微结构包括相互正交的第一直线簇和第二直线簇，所述第一直线簇包括第一金属线段和非对称地位于所述第一金属线段两侧且与所述第一金属线段平行的两根第二金属线段，所述第二直线簇包括垂直平分所述第一金属线段和两根第二金属线段的第三金属线段，所述第一金属线段垂直但非平分所述第三金属线段，且每个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段分别与位于其周围两相对侧的两个金属微结构的第一金属线段和第二金属线段相连接、第三金属线段与位于其周围另外两相对侧的两个金属微结构的第三金属线段相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，法布里齐亚·盖佐，佩尔·马宗达，
申请(专利权)人：深圳光启创新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：