帶通濾波超材料、天線罩及天線的制作方法

本實用新型涉及透波材料、低通天線罩及其他與電磁相關產品的保護殼領域，具體而言，涉及一種帶通濾波超材料、以及具有該帶通濾波超材料的天線罩和天線。

背景技術：

與電磁相關的保護材料，通常要滿足兩方面的性能要求，一方面需要足夠的機械強度保護其中的天線等物件，另一方面要保證工作頻段內電磁波能具有高透波性。保護材料即能保護內部的設備，又不影響電磁波的傳輸特性。

為了保證電磁波的高效穿透性，一般采用半波長理論進行材料厚度設計，即厚度為工作頻段電磁波波長的1/2時，電磁波透波率最好。但由于材料厚度與工作頻段波長相關，很難保證良好的寬頻段吸波性能。

現有天線罩通常是由低損耗的純材料組成，只起到保護天線的作用，在可允許的范圍內會影響天線的性能。

對于普通的純材料，利用半波長理論或四分之一波長理論，根據頻率的不同改變材料的厚度，調整其對入射電磁波的透波響應。因此，目前天線罩存在兩方面的問題，其一是當入射電磁波波段較低時會使得天線罩厚度過大，進而重量偏大。其二是普通材料的透波性能比較均一，工作頻段內透波，其相鄰頻段透波效果亦優，工作頻段外的透波容易干擾天線的正常工作。

技術實現要素：

針對相關技術中的問題，本實用新型提出帶通濾波超材料、以及具有該帶通濾波超材料的天線罩和天線，以實現在透波段具有優化的吸波性能，并在非工作頻段具有優化的截止性能。

為了實現上述目的，本實用新型一方面提供一種帶通濾波超材料，包括：多個基板；第一導電幾何結構層，第一導電幾何結構層由依次排布的多個第一導電幾何結構單元組成，每個第一導電幾何結構單元包括有第一導電外環邊框；第二導電幾何結構層，第二導電幾何結構層由依次排布的多個第二導電幾何結構單元組成，每個第二導電幾何結構單元包括有第二導電外環邊框；第三導電幾何結構層，第三導電幾何結構層由依次排布的多個第三導電幾何結構單元組成，每個第三導電幾何結構單元包括有第三導電外環邊框；第四導電幾何結構層，第四導電幾何結構層由依次排布的多個第四導電幾何結構單元組成，每個第四導電幾何結構單元包括有第四導電外環邊框；第一導電幾何結構層、第二導電幾何結構層、第三導電幾何結構層及第四導電幾何結構層在疊置方向上依次間隔設置在基板上，其中，第一導電外環邊框、第二導電外環邊框、第三導電外環邊框、以及第四導電外環邊框的所在區域在疊置方向上的投影至少部分重合。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元、第二導電幾何結構單元、第三導電幾何結構單元及第四導電幾何結構單元所在區域在疊置方向上的投影完全重合。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構層上的多個第一導電外環邊框一體連接設置；第二導電幾何結構層上的多個第二導電外環邊框一體連接設置；第三導電幾何結構層上的多個第三導電外環邊框一體連接設置；并且，第四導電幾何結構層上的多個第四導電外環邊框一體連接設置。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電外環邊框為第一正六邊形環，第二導電外環邊框為第二正六邊形環，第三導電外環邊框為第三正六邊形環，第四導電外環邊框為第四正六邊形環。

根據本實用新型的一個實施例，第一正六邊形環的線寬范圍為0.4mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第一正六邊形環的外接圓直徑范圍為6.2mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第二正六邊形環的線寬范圍為0.1mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第二正六邊形環的外接圓直徑范圍為5.2mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第三正六邊形環的線寬范圍為0.1mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第三正六邊形環的外接圓直徑范圍為5.3mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第四正六邊形環的線寬范圍為0.2mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第四正六邊形環的外接圓直徑范圍為5.0mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元、第二導電幾何結構單元、第三導電幾何結構單元以及第四導電幾何結構單元均為正六邊形結構。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元、第二導電幾何結構單元、第三導電幾何結構單元以及第四導電幾何結構單元均呈周期行列排布，相鄰兩行的第一導電幾何結構單元、第二導電幾何結構單元、第三導電幾何結構單元及第四導電幾何結構單元均錯開設置。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元、第二導電幾何結構單元、第三導電幾何結構單元以及第四導電幾何結構單元均呈規則的蜂窩狀排列設置。

根據本實用新型的一個實施例，所述第一導電幾何結構層、所述第二導電幾何結構層、所述第三導電幾何結構層及所述第四導電幾何結構層的厚度范圍為30μm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，基板的相對介電常數為3.0±5％，損耗角正切為0.01±5％，厚度范圍為0.05mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，帶通濾波超材料還包括夾層，夾層設置在第二導電幾何結構層和第三導電幾何結構層之間。

根據本實用新型的一個實施例，帶通濾波超材料還包括兩層蒙皮層，蒙皮層分別設置在第一導電幾何結構層和第四導電幾何結構層的外表面。

本實用新型另一方面還提供一種天線罩，該天線罩包括上述任一實施例涉及的帶通濾波超材料。

本實用新型另一方面還提供一種天線，該天線包括上述實施例涉及的天線罩。

本實用新型的有益之處在于：

本實用新型提供的帶通濾波超材料，包括交替設置的基板和四層導電幾何結構層，其中的四層導電幾何結構層中的導電外環邊框的所在區域在疊置方向上的投影至少部分重合，這使得整個結構在透波段具有較好的吸波性能，同時在非工作頻段具有良好的截止性能。此外，本實用新型提供的具有該帶通濾波超材料的天線罩和天線將帶通濾波超材料通過多層堆疊技術鋪貼在低損耗基體材料中，新型的天線罩具有更高的透射率，更好地保證天線正常工作，同時具有較高的機械強度。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據本實用新型實施例的帶通濾波超材料截面圖；

圖2是本實用新型一個實施例第一導電幾何結構單元的示意圖；

圖3是本實用新型一個實施例第二導電幾何結構單元的示意圖；

圖4是本實用新型一個實施例第三導電幾何結構單元的示意圖；

圖5是本實用新型一個實施例第四導電幾何結構單元的示意圖；

圖6是本實用新型一個實施例第一導電幾何結構單元排布方式的示意圖；

圖7是本實用新型一個實施例帶通濾波超材料的仿真結果圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1至圖5所示，本實用新型一方面提供一種帶通濾波超材料，包括：多個基板10；第一導電幾何結構層30，第一導電幾何結構層30由依次排布的多個第一導電幾何結構單元12組成，每個第一導電幾何結構單元12包括有第一導電外環邊框；第二導電幾何結構層32，第二導電幾何結構層32由依次排布的多個第二導電幾何結構單元14組成，每個第二導電幾何結構單元14包括有第二導電外環邊框；第三導電幾何結構層34，第三導電幾何結構層34由依次排布的多個第三導電幾何結構單元16組成，每個第三導電幾何結構單元16包括有第三導電外環邊框；第四導電幾何結構層36，第四導電幾何結構層36由依次排布的多個第四導電幾何結構單元18組成，每個第四導電幾何結構單元18包括有第四導電外環邊框；第一導電幾何結構層30、第二導電幾何結構層32、第三導電幾何結構層34及第四導電幾何結構層36在疊置方向上依次間隔設置在基板10上。其中，第一導電外環邊框、第二導電外環邊框、第三導電外環邊框、以及第四導電外環邊框的所在區域在疊置方向上的投影至少部分重合。換句話說，第一至第四導電環邊框在疊置方向上投影至少部分重合指的是它們可以按照特定規律進行排列布置。例如，在一個實施例中第一至第四導電環邊框的尺寸和厚度可以依次遞減；在另一個實施例中，第一至第四導電環邊框的尺寸和厚度可以依次遞增；在其它實施例中，也可以設置成其中兩個導電環邊框(例如第二和第三導電環邊框)尺寸和厚度相同，另外兩個導電環邊框(例如第一和第四導電環邊框)尺寸和厚度相同或不同。當然應當理解，導電環邊框之間的尺寸和厚度關系可以依據具體使用情況而定。

應該可以理解，在該實施例中，第一導電幾何結構層30、第二導電幾何結構層32、第三導電幾何結構層34及第四導電幾何結構層36在疊置方向上依次間隔設置在基板10上指的是，四層導電幾何結構層與基板10交替設置。當然，應該可以理解，在本實用新型的可選實施例中，四層導電幾何結構層中的相鄰兩層之間也可以不夾持基板10，而是通過其他結構層連接。例如，在一個實施例中，第一導電幾何結構層30和第二導電幾何結構層32之間共同夾持一個基板10、第三導電幾何結構層34和第四導電幾何結構層36之間共同夾持一個基板10，而相鄰的第二導電幾何結構層32和第三導電幾何結構層34之間可以通過其他結構層連接。

在上述實施例中，帶通濾波超材料包括交替設置的基板10和四層導電幾何結構層，其中的四層導電幾何結構層中的導電外環邊框的所在區域在疊置方向上的投影至少部分重合，這使得整個結構在透波段具有較好的吸波性能，同時在非工作頻段具有良好的截止性能。

此外，可以理解，除上述實施例以外，上述帶通濾波超材料也可以設置有其他數量的導電幾何結構層，這可以根據具體情況而定，本實用新型不局限于此。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18所在區域在疊置方向上的投影至少部分重合。也就是說，第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18的形狀可以相同或不同。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18所在區域在疊置方向上的投影完全重合。也就是說，第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18的形狀可以構造為完全相同。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構層30上的多個第一導電外環邊框一體連接設置；第二導電幾何結構層32上的多個第二導電外環邊框一體連接設置；第三導電幾何結構層34上的多個第三導電外環邊框一體連接設置；并且，第四導電幾何結構層36上的多個第四導電外環邊框一體連接設置。一體連接設置的多個導電外環邊框等效于電感L，導電外環邊框及其之間形成的間隙等效于電容C，因此每一個導電幾何結構層均等效于多個LC電路，通過調制該帶通濾波超材料的電磁響應，實現對不同頻段范圍的電磁波透波，而且透波范圍比較大，透波效果較好，同時保證其在非工作頻帶具有良好的截止性能；應該可以理解，上述各導電幾何結構層可以一體成型，這樣，每個導電幾何結構層可以整體模制，提高生產和制造效率。或者，在一個實施例中，上述各導電幾何結構層中導電幾何結構單元也可以相互固定連接或均固定在基板10上，以形成每個導電幾何結構層。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電外環邊框為第一正六邊形環，第二導電外環邊框為第二正六邊形環，第三導電外環邊框為第三正六邊形環，第四導電外環邊框為第四正六邊形環。在一個實施例中，第一正六邊形環、第二正六邊形環、第三正六邊形環、以及第四正六邊形環的形狀和尺寸可以構造為完全相同。

根據本實用新型的一個實施例，第一正六邊形環的線寬范圍為0.4mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第一正六邊形環的外接圓直徑范圍為6.2mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第二正六邊形環的線寬范圍為0.1mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第二正六邊形環的外接圓直徑范圍為5.2mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第三正六邊形環的線寬范圍為0.1mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第三正六邊形環的外接圓直徑范圍為5.3mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第四正六邊形環的線寬范圍為0.2mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第四正六邊形環的外接圓直徑范圍為5.0mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電外環邊框、第二導電外環邊框、第三導電外環邊框和第四導電外環邊框可以為三角形環、四邊形環、五邊形環、六邊形環、七邊形環、八邊形環中的任一種。

根據本實用新型的可選實施例，第一導電外環邊框、第二導電外環邊框、第三導電外環邊框和第四導電外環邊框可以構造成正多邊形金屬環。例如，在一個實施例中，第一導電外環邊框被構造成正五邊形環。此外，可以理解，導電外環邊框還可以被構造成正方形、正八邊形等形狀，也就是說導電外環邊框可以構造成任意適當的形狀；在可選的實施例中，如果需要，導電外環邊框也可以構造成圓環或橢圓形環，本實用新型不局限于此。

另外，在一些情況下，導電外環邊框也可以被構造成不規則的形狀，以在特定頻段獲得較好的透波性能，即，導電外環邊框可以是非正多邊形形狀。此外，在本實用新型的一些實施例中，導電幾何結構單元也可以構造為不規則的形狀。

根據本實用新型的一個實施例，設置在基板10的兩側表面的導電幾何結構層形狀可以相同或不同。例如，在如圖4和圖5所示的實施例中，設置在基底層10的兩側表面的第三導電幾何結構單元16和第四導電幾何結構單元18的形狀不同。當然，在一些情況下，基底10的兩側表面的導電幾何結構單元的形狀也可以被構造成相同，這可以根據本實用新型的帶通濾波超材料的具體應用范圍來進行選擇，本實用新型不局限于此。

如圖2至圖4所示，在本實用新型的一個可選實施例中，導電幾何結構層位于基板10圍成的區域中。也就是說，導電幾何結構層圍成的面積小于基板10的面積，導電幾何結構層被容納在基板10中。

此外，在本實用新型的可選實施例中，導電幾何結構層可以由固體、液體、流狀體或粉狀金屬制成，包括但不限于金、銀和銅。

如圖2至圖5所示，根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18均為正六邊形結構。

根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18均呈周期行列排布，相鄰兩行的第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18均錯開設置。

如圖6所示，根據本實用新型的一個實施例，第一導電幾何結構單元12、第二導電幾何結構單元14、第三導電幾何結構單元16以及第四導電幾何結構單元18均呈規則的蜂窩狀排列設置。

根據本實用新型的一個實施例，所述第一導電幾何結構層30、所述第二導電幾何結構層32、所述第三導電幾何結構層34及所述第四導電幾何結構層36的厚度范圍為30μm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，基板10的相對介電常數為3.0±5％，損耗角正切為0.01±5％，厚度的范圍為0.05mm±5％。

根據本實用新型的一個實施例，還包括夾層20，夾層20設置在第二導電幾何結構層32和第三導電幾何結構層34之間，并通過膠黏層24粘貼固定。可以理解，上述夾層可以保持線路及各層之間的絕緣性，因此，上述夾層例如可以是鈦酸鈣層、鈦酸鎂層、鈦酸鋇層中的任一種。另外應當理解的是，夾層應選用本領域已知的任何可用的介電材料層，這不對本實用新型構成任何限定。

在本實用新型的另一個實施例中，夾層20可以構造成鏤空結構層，并且導電幾何結構層構造成多邊形金屬環。金屬環周期性排列連接在一起，從而等效于多個LC的電路，在低頻段允許電磁波的透過，在高頻某個頻段呈現截止特性。

如圖1所示，根據本實用新型的一個實施例，還包括兩層蒙皮層22，蒙皮層22分別設置在第一導電幾何結構層和第四導電幾何結構層的外表面。應該可以理解，上述第一導電幾何結構層和第四導電幾何結構層的外表面指的是，第一導電幾何結構層和第四導電幾何結構層背離基板10的一側。

可以理解，由于普通的低損耗材料具有很高的透波率，且隨著頻率的變化，透波性能變化不大，因此普通材料的透波性能比較均一。本實用新型將導電幾何結構層置于普通材料的蒙皮層22和夾層20之間，通過導電幾何結構層的電磁響應，可對入射的電磁波進行調制。通過選擇不同的蒙皮材料和/或夾層20的材料或導電幾何結構層或者調整上述結構的尺寸，可以使整個結構僅僅在某個頻段具有全反射性能或透波性能。

參照圖6，在本實用新型的可選實施例中，所有第一導電幾何結構單元12彼此連接以形成蜂窩形狀的層狀結構。這樣，本實施例的帶通濾波超材料在低頻L波段呈現高透波特性，同時在X、Ku頻段具有良好的截止特性。

圖7示出了本實用新型一個實施例帶通濾波超材料的仿真結果圖。在該實施例中，帶通濾波超材料設置有三層蒙皮層，將四層導電幾何結構層置于三層蒙皮材料之間，整個材料對0-2GHz頻段內的入射電磁波具有良好的透波性能，且在X、Ku頻段具有很好的抑制性能。一方面，本實用新型的純物理材料提供良好的機械強度；另一方面，由于導電幾何結構層的電磁響應，整個結構的透波性更好。

其中在該實施例中，蒙皮材料相對介電常數為3.15，損耗為0.005；每層厚度0.2mm，其中上層0.3mm。

導電幾何結構層的尺寸為7mm，其中六邊形環的尺寸從上到下依次為：6.2mm、5.2mm、5.3mm、5.0mm，線寬依次為：0.4mm、0.1mm、0.1mm、0.2mm。

仿真結果如圖7所示，在電磁波(TE模、TM模)照射到材料時，在0-2GHz波段的電磁波傳輸系數值大于-1dB，電磁波透波率很高，而邊頻8GHz至18GHz的電磁波傳輸系數均小于-3dB，表示該微結構具有良好的帶外抑制效果。

本實用新型中的由導電幾何結構層和普通材料組成的多層帶通濾波超材料，一方面保證了工作頻段內的高透波，且對工作頻段外的信號起到了過濾的作用，為天線的正常工作提供更優的保護環境。

根據本實用新型的另一個方面，還提供一種天線罩，其中，天線罩包括上述帶通濾波超材料。根據本實用新型的又一個方面，還提供一種天線，其中，天線包括上述天線罩。由于該天線罩和天線中均采用了本實用新型如上所述的帶通濾波超材料，因此同樣具備如上所述的所有優點。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。