[发明专利]一种超材料天线罩及天线系统

说明书

技术领域

本发明涉及天线罩技术领域，尤其涉及一种超材料天线罩及天线系统。

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。

造成上述现象的主要原因是：(1)天线罩壁的反射和不均匀部分的绕射会引起天线主波瓣电轴偏移，从而产生瞄准误差；(2)天线罩对高频能量的吸收和反射会引起传输损耗，从而影响天线增益。对于这些问题，传统天线罩材料工艺中的解决方案，一般着重于采取填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数。但这种工艺产出的材料，在某些频段内的能量反射依旧不小，并且能量透射方面仍有需要提升的空间。如图1所示，图1为现有的采用ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)材料的天线罩的S参数仿真效果示意图，从图1中，可知采用ABS材料的天线罩的透射系数S11与反射系数S21均具有提升空间。

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，提出一种利用超材料理论设计的、在天线工作频段内能有效增强透波功率、减小反射功率的超材料天线罩。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种超材料天线罩，其包括具有相对两侧表面的基板以及周期排布于所述相对两侧表面的多个人造金属微结构，所述基板被虚拟划分多个超材料单元，所述超材料单元相对两侧表面各附着有一个人造金属微结构；所述人造金属微结构包括具有开口的开口金属环分支，设置于所述开口金属环分支内部且共端点的三条直线金属分支，所述三条直线金属分支彼此所成角度为120°。

进一步地，所述三条直线金属分支共同的端点与所述开口金属环分支的圆心重合。

进一步地，所述超材料单元长、宽相等，所述三条直线金属分支的线宽为0.1毫米。

进一步地，所述超材料单元长、宽为2.2至2.5毫米；所述基板厚度为3至6毫米；所述金属开口环分支的内环半径为0.8至1.0毫米，外环半径为0.9至1.1毫米；所述直线金属分支的长度为0.7至0.8毫米。

进一步地，所述基板由ABS材料制成。

进一步地，所述ABS材料在8-18GHZ下，其介电常数为2.5至3.0，损耗角正切为0.01-0.05。

进一步地，所述超材料单元长、宽为2.2毫米；所述金属开口环分支的内环半径为0.9毫米，外环半径为1.0毫米；所述直线金属分支的长度为0.8毫米。

进一步地，所述人造金属微结构表面覆盖有0.01至0.05毫米厚度的防水涂层。

进一步地，所述超材料天线罩还包括固定环，所述基板呈圆柱形，所述固定环包括圆环底板以及圆环边框，所述圆环底板以及圆环边框将所述基板固定。

本发明还提供一种超材料天线系统，其包括上述的超材料天线罩以及天线本体，所述天线本体与所述超材料天线罩间隔预设距离设置。

本发明利用超材料原理制备天线罩，在基板上周期排布人造金属微结构以提高天线罩的电磁性能，本发明超材料天线罩的反射系数S21较纯ABS材料天线罩的反射系数要少0.9至1.1dB，透射系数S11高5至40dB，尤其在12.8至13.6GHZ下，本发明超材料天线罩的透射系数S11较纯ABS材料天线罩的透射系数要高20至40dB，极大地提高了天线罩的电磁性能，还能不损害天线罩的机械性能。

附图说明

图1为现有的采用ABS材料制成的天线罩的S参数仿真效果示意图；

图2为一实施例中构成超材料的基本单元的立体结构示意图；

图3为本发明一实施例中超材料天线罩的结构示意图；

图4为图3中超材料天线罩中一超材料单元的主视图；

图5为一实施例中本发明超材料天线罩与纯ABS材料天线罩的反射系数S21仿真结果示意图；

图6为一实施例中本发明超材料天线罩与纯ABS材料天线罩的透射系数S11仿真结果示意图；

图7为一实施例中本发明超材料天线罩一体成型时的结构示意图。

具体实施方式