超材料結(jié)構(gòu)及超材料天線罩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及超材料領(lǐng)域，更具體地，涉及超材料結(jié)構(gòu)及超材料天線罩。
【背景技術(shù)】
[0002]天線系統(tǒng)通常包括天線罩。天線罩的目的是保護(hù)天線免受風(fēng)雨、冰雪、沙塵和太陽(yáng)輻射等的影響，使天線系統(tǒng)工作性能比較穩(wěn)定、可靠。同時(shí)，天線罩可以減輕天線系統(tǒng)的磨損、腐蝕和老化，延長(zhǎng)使用壽命。但是天線罩是天線前面的障礙物，對(duì)天線輻射波會(huì)產(chǎn)生吸收和反射，改變天線的自由空間能量分布，在一定程度上影響天線的電氣性能。
[0003]天線罩一方面應(yīng)當(dāng)有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以保護(hù)內(nèi)部的天線，另一方面還應(yīng)當(dāng)允許工作頻段的電磁波高效穿透，以到達(dá)內(nèi)部的天線?，F(xiàn)有的天線罩基本上是純材料天線罩，主要到保護(hù)天線的作用。為了提高電磁波的高效穿透，可以采用半波長(zhǎng)理論進(jìn)行材料厚度設(shè)計(jì)。在天線罩的材料厚度為工作頻段電磁波波長(zhǎng)的1/2時(shí)，電磁波穿透率最好。因此，純材料天線罩的厚度設(shè)計(jì)取決于工作頻段的電磁波波長(zhǎng)。隨著工作頻段的電磁波波長(zhǎng)增加，則天線罩的厚度也應(yīng)當(dāng)增加。天線罩的重量可能增加到難以應(yīng)用的程度。另一方面，普通材料的透波性能比較均一，在工作頻段內(nèi)透波，其相鄰頻段透波效果亦優(yōu)，工作頻段外的透波容易干擾天線的正常工作。
[0004]將超材料用作天線罩的透波材料，可以最大限度地增加入射電磁波的透射，減少了傳統(tǒng)天線罩設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料厚度和介電常數(shù)的限制，并且可以增強(qiáng)天線的輻射能力。超材料天線罩還可以抑制非工作頻段的干擾，有利于改善天線特性和提高增益。
[0005]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超材料結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。超材料結(jié)構(gòu)100包括堆疊的多個(gè)層。第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)115夾在第一基板112和第二基板116之間，形成第一疊層結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)125夾在第三基板122和第四基板126之間，形成第二疊層結(jié)構(gòu)。第一疊層結(jié)構(gòu)中的第一基板112和第二疊層結(jié)構(gòu)中的第三基板122分別結(jié)合在蜂窩層110的兩個(gè)相對(duì)表面上。
[0006]在圖1所示的實(shí)例中，采用第一粘接層111將第一基板112粘接在蜂窩層110的第一表面上，采用第二粘接層121將第三基板122粘接在蜂窩層110的第二表面上。第一疊層結(jié)構(gòu)包括附加的第一支撐層113，用于支撐第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)115。第二疊層結(jié)構(gòu)包括附加的第二支撐層123，用于支撐第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)125。
[0007]第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)115和第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)125分別是由多個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成的陣列。每個(gè)結(jié)構(gòu)單元為由導(dǎo)電條組成的中心對(duì)稱分布圖案。例如該中心對(duì)稱分布圖案由十字形線條和直線條，直線條位于十字形線條的端部與由該端部等分。該超材料結(jié)構(gòu)100可用于透波材料，但對(duì)于TE波和TM波的磁導(dǎo)率相同，從而未表現(xiàn)出極化選擇性。
[0008]然而，隨著技術(shù)發(fā)展，對(duì)透波材料的性能要求越來(lái)越高。期望進(jìn)一步超材料結(jié)構(gòu)對(duì)TE波和TM波的極化選擇性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]鑒于上述問(wèn)題，本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題是提供一種通過(guò)導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)獲得具有極化選擇性的超材料結(jié)構(gòu)。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的一方面，提供一種超材料結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:至少一個(gè)疊層結(jié)構(gòu)，所述疊層結(jié)構(gòu)包括基板和位于基板上的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，其中，所述導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)包括由多個(gè)結(jié)構(gòu)單元組成的陣列，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元包括由導(dǎo)電條形成的導(dǎo)電圖案，所述導(dǎo)電圖案包括第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和用于連接二者的導(dǎo)電條。
[0011]優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)單元的第一方向?yàn)樗鰧?dǎo)電條的延伸方向，第二方向?yàn)榕c所述導(dǎo)電條相垂直的方向，相鄰的結(jié)構(gòu)單元的導(dǎo)電圖案在第一方向和第二方向上彼此隔開。
[0012]優(yōu)選地，所述第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)和所述第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述導(dǎo)電條形成軸對(duì)稱圖案。
[0013]優(yōu)選地，所述網(wǎng)格結(jié)構(gòu)具有多個(gè)網(wǎng)孔。
[0014]優(yōu)選地，所述網(wǎng)孔為矩形、多邊形、圓形、或橢圓形。
[0015]優(yōu)選地，所述導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)夾在兩個(gè)基板之間。
[0016]優(yōu)選地，還包括支撐層，所述支撐層位于所述導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)和所述基板之間。
[0017]優(yōu)選地，所述支撐層為柔性層。
[0018]優(yōu)選地，所述支撐層和所述基板分別為介質(zhì)基板。
[0019]優(yōu)選地，所述支撐層的厚度小于所述基板的厚度。
[0020]優(yōu)選地，還包括蜂窩層，所述疊層結(jié)構(gòu)位于所述蜂窩層的表面上。
[0021]優(yōu)選地，所述疊層結(jié)構(gòu)夾在兩個(gè)蜂窩層之間。
[0022]優(yōu)選地，還包括粘接層，所述粘接層將所述疊層結(jié)構(gòu)中的基板結(jié)合在所述蜂窩層的表面上。
[0023]根據(jù)本實(shí)用新型的另一方面，提供一種超材料天線罩，包括上述的超材料結(jié)構(gòu)，作為透波罩來(lái)使用。
[0024]本實(shí)用新型通過(guò)在基板上設(shè)計(jì)導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)相關(guān)疊層結(jié)構(gòu)的電磁響應(yīng)特征來(lái)改變透波特性，從而可以改善超材料結(jié)構(gòu)的透波性能。該超材料結(jié)構(gòu)對(duì)TE波和TM波表現(xiàn)出不同的折射率，從而獲得了極化選擇性。
【附圖說(shuō)明】
[0025]通過(guò)以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的描述，本實(shí)用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將更為清楚，在附圖中:
[0026]圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的超材料結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的超材料結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3示出在根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的超材料結(jié)構(gòu)中采用的結(jié)構(gòu)單元的俯視圖；
[0029]圖4示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的超材料結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0030]圖5和6示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的超材料結(jié)構(gòu)的S21參數(shù)的仿真特性曲線；
[0031]圖7和8示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的超材料結(jié)構(gòu)的折射率的仿真特性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本實(shí)用新型。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來(lái)表示。為了清楚起見(jiàn)，附圖中的各個(gè)部分沒(méi)有按比例繪制。此外，可能未示出某些公知的部分。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解，在描述某個(gè)結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)將一層、一個(gè)區(qū)域稱為位于另一層、另一個(gè)區(qū)域“上面”或“上方”時(shí)，可以指直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面，或者在其與另一層、另一個(gè)區(qū)域之間還包含其它的層或區(qū)域。并且，如果將該結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)，該一層、一個(gè)區(qū)域?qū)⑽挥诹硪粚?、另一個(gè)區(qū)域“下面”或“下方”。如果為了描述直接位于另一層、另一個(gè)區(qū)域上面的情形，本文將采用“A直接在B上面”或“A在B上面并與之鄰接”的表述方式。
[0034]本實(shí)用新型可以各種形式呈現(xiàn)，以下將描述其中一些示例。
[0035]圖2示出根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的超材料結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)215夾在第一基板112和第二基板116之間，形成第一疊層結(jié)構(gòu)。第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)225夾在第三基板122和第四基板126之間，形成第二疊層結(jié)構(gòu)。第一疊層結(jié)構(gòu)中的第一基板112和第二疊層結(jié)構(gòu)中的第三基板122分別結(jié)合在蜂窩層110的兩個(gè)相對(duì)表面上。
[0036]為了示出第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)215和第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)225，將其連同支撐層一起分離示出，圖中的箭頭指示從超材料結(jié)構(gòu)中分離相關(guān)層的移動(dòng)方向。
[0037]在圖2所示的實(shí)施例中，采用第一粘接層111將第一基板112粘接在蜂窩層110的第一表面上，采用第二粘接層121將第三基板122粘接在蜂窩層110的第二表面上。在替代的實(shí)施例中，采用熱壓分別將第一基板112和第三基板122固定在蜂窩層110的第一表面和第二表面上，從而可以省去第一粘接層111和第二粘接層121。
[0038]在圖2所示的實(shí)施例中，第一疊層結(jié)構(gòu)包括附加的第一支撐層113，用于支撐第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)215。第二疊層結(jié)構(gòu)包括附加的第二支撐層123，用于支撐第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)225。例如，第一支撐層113和第二支撐層123由與第一至第四基板類似的材料組成，只是厚度較小，以提供機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，便于加工工藝的實(shí)現(xiàn)。在替代的實(shí)施例中，在第一基板112和第二基板116彼此相對(duì)的兩個(gè)表面任一個(gè)上，直接形成第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)215，以及在第三基板122和第四基板126彼此相對(duì)的兩個(gè)表面任一個(gè)上，直接形成第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)225，從而可以省去第一支撐層113和第二支撐層123。
[0039]第一導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)215和第二導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)225分別是由多個(gè)結(jié)構(gòu)單元2150組成的陣列。圖3示出在根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的超材料結(jié)構(gòu)中采用的結(jié)構(gòu)單元的俯視圖。
[0040]每個(gè)結(jié)構(gòu)單元2150包括由導(dǎo)電條形成的導(dǎo)電圖案，所述導(dǎo)電圖案包括第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2153、第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2154和用于連接二者的導(dǎo)電條2155。第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2153和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2154相對(duì)于導(dǎo)電條2155形成軸對(duì)稱圖案。第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2153和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2154具有多個(gè)網(wǎng)孔，由導(dǎo)電條圍繞而成。例如，所述網(wǎng)孔為矩形、多邊形、圓形、或橢圓形。
[0041 ] 該結(jié)構(gòu)單元2150的長(zhǎng)度表示為L(zhǎng)I，寬度表示為Wl。第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2153和第二網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2154沿著結(jié)構(gòu)單元的長(zhǎng)度方向的第一尺寸表示為L(zhǎng)2，沿著結(jié)構(gòu)單元的寬度方向的第二尺寸表示為W2。第一網(wǎng)格結(jié)構(gòu)2153和第二網(wǎng)格結(jié)