[发明专利]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

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明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，其包括至少一超材料片层，所述超材料片层包括结合在一起的介质基板和结构层，所述结构层包括附着于所述介质基板的表面的多个第一金属微结构和第二金属微结构，所述第一金属微结构和第二金属微结构各自呈长方形阵列排布，且每一第一金属微结构的中心为由连接四个最靠近的第二金属微结构的中心的四条直线段所形成的长方形区域的中心，所述第一金属微结构的几何形状和尺寸分别与所述第二金属微结构的几何形状和尺寸相同，每一第一金属微结构和第二金属微结构均包括三个子结构，每一子结构包括两相互平行的第一金属线段和垂直地连接于所述两第一金属线段的两相对端之间的第二金属线段，每一子结构的两第一金属线段分别与另两子结构的相邻第一金属线段相连接；每一第一金属微结构和第二金属微结构还均包括三条自各自中心分别向所述三个子结构的第二金属线段延伸形成且与相应子结构的两第一金属线段平行的第三金属线段。

优选地，每两相邻子结构的两相互连接的第一金属线段之间的夹角为120°。

优选地，所述第二金属线段的外侧到相应金属微结构的中心的距离均相等，均等于8.95~9.05mm。

优选地，所述第二金属线段的长度均相等，均等于1.95~2.05mm。

优选地，所述第一金属线段和第二金属线段的宽度均相等，均等于0.2~0.3mm。

优选地，所述第三金属线段的长度均相等、宽度均相等，分别等于8.45~8.55mm、0.25~0.35mm。

优选地，所述介质基板的厚度为0.35~0.45mm。

优选地，由连接最靠近的四个第一金属微结构或第二金属微结构的中心的四条直线段所形成的长方形区域的长边为39.5~40.5mm、短边为23~24mm。

优选地，所述介质基板的厚度为0.4mm，所述结构层的厚度为0.018mm，所述第一金属线段和第二金属线段的宽度均为0.25mm，所述第二金属线段的长度均为2mm，所述第二金属线段的外侧到相应金属微结构的中心的距离均为9mm，所述第三金属线段的长度均为8.5mm、宽度均为0.3mm，由连接最靠近的四个第一金属微结构或第二金属微结构的中心的四条直线段所形成的长方形区域的长边为40mm、短边为23.5mm。