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1、(10)申请公布号 CN 102790269 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 9 0 2 6 9 A *CN102790269A* (21)申请号 201210222242.6 (22)申请日 2012.06.29 H01Q 1/42(2006.01) (71)申请人深圳光启创新技术有限公司 地址 518034 广东省深圳市福田区香梅路 1061号中投国际商务中心A栋18B (72)发明人刘若鹏 赵治亚 方小伟 陈智伟 吴煜锋 张岭 (54) 发明名称 X 波段超宽频透波天线罩 (57) 摘要 本发明公开一种X波段超宽频透波天线罩， 其虚拟划分为多个基本单。
2、元，每一基本单元尺寸 小于所述响应电磁波波长的五分之一；所述基本 单元包括四层基板，相邻基板之间设置有第一半 固化片、第二半固化片以及第三半固化片；所述 第一半固化片与相邻基板接触的相对两侧表面分 别设置有第一人造微结构与第二人造微结构，第 二半固化片与相邻基板接触的任一表面设置有第 三人造微结构，第三半固化片与相邻基板接触的 相对两侧表面分别设置有第四人造微结构和第五 人造微结构。本发明通过采用超材料原理设计透 波天线罩，通过设置多层人造微结构使得电磁波 入射进入天线罩时，天线罩的阻抗渐变进而达到 阻抗匹配和宽频透波效果。本发明在X波段其透 波率达到90%以上。 (51)Int.Cl. 权利。
3、要求书1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.一种X波段超宽频透波天线罩，其特征在于：所述天线罩虚拟划分为多个基本单元， 每一基本单元长宽小于所需响应电磁波波长的五分之一；所述基本单元包括四层基板，相 邻基板之间设置有第一半固化片、第二半固化片以及第三半固化片；所述第一半固化片与 相邻基板接触的相对两侧表面分别设置有第一人造微结构与第二人造微结构，第二半固化 片与相邻基板接触的任一表面设置有第三人造微结构，第三半固化片与相邻基板接触的相 对两侧表面分别设置有第四人造微结构和第五人。
4、造微结构；所述第一人造微结构为实心正 方形金属贴片，所述第二人造微结构为“十”字形金属结构，所述第三人造微结构为边长大 于第一人造微结构的实心正方形金属贴片，所述第四人造微结构形状与第二人造微结构相 同，所述第五人造微结构形状与第一人造微结构相同。 2.如权利要求1所述的天线罩，其特征在于：所述基板材料为相对介电常数为3.0至 4.0，损耗角正切为0.004至0.007的FR4材料。 3.如权利要求2所述的天线罩，其特征在于：所述第一至第三半固化片的相对介电常 数均为4.0至4.5，损耗角正切均为0.015至0.02。 4.如权利要求3所述的天线罩，其特征在于：所述基本单元长宽尺寸相等且长宽尺。
5、寸 为3.0至4.0毫米。 5.如权利要求4所述的天线罩，其特征在于：所述第一人造微结构为边长1.8至2.0毫 米的实心正方形金属贴片；所述第二人造微结构的两条金属分支长度和线宽均相同，长度 为3.0毫米，线宽为0.1毫米。 6.如权利要求1或5所述的天线罩，其特征在于：所述第三人造微结构边长比第一人 造微结构边长长0.2至0.3毫米。 7.如权利要求2所述的天线罩，其特征在于：所述基板材料为相对介电常数为3.5，损 耗角正切为0.006的FR4材料。 8.如权利要求3所述的天线罩，其特征在于：所述第一至第三半固化片的相对介电常 数均为4.1，损耗角正切均为0.016。 9.如权利要求5所述的。
6、天线罩，其特征在于：所述第一人造微结构边长为1.84毫米。 10.如权利要求6所述的天线罩，其特征在于：所述第三人造微结构边长为2.04毫米。 权 利 要 求 书CN 102790269 A 1/4页 3 X 波段超宽频透波天线罩 技术领域 0001 本发明涉及一种天线罩，尤其涉及一种X波段超宽频透波天线罩。 背景技术 0002 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。
7、空间能量分布，并在一定程度上影响天线的电气性能。 0003 目前制备天线罩的材料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、高分子聚合物等，材料的介电常数具有不可调节性。结构上多为均匀 单壁结构、夹层结构和空间骨架结构等，罩壁厚度的设计需兼顾工作波长、天线罩尺寸和形 状、环境条件、所用材料在电气和结构上的性能等因素，较难达到高透波要求，而且天线罩 的工作频段较窄，在不同的频段需求下需要更换天线罩，无法实现资源的重复使用，导致资 源的浪费以及设备成本的提高。 发明内容 0004 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，提出一种在整个X 波段（8-12GHZ。
8、）均具有良好透波性能的天线罩。 0005 本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种X波段超宽频透波天线罩， 所述天线罩虚拟划分为多个基本单元，每一基本单元长宽小于所需响应电磁波波长的五分 之一；所述基本单元包括四层基板，相邻基板之间设置有第 一半固化片、第二半固化片以 及第三半固化片；所述第一半固化片与相邻基板接触的相对两侧表面分别设置有第一人造 微结构与第二人造微结构，第二半固化片与相邻基板接触的任一表面设置有第三人造微结 构，第三半固化片与相邻基板接触的相对两侧表面分别设置有第四人造微结构和第五人造 微结构；所述第一人造微结构为实心正方形金属贴片，所述第二人造微结构为“十”字形金 属。
9、结构，所述第三人造微结构为边长大于第一人造微结构的实心正方形金属贴片，所述第 四人造微结构形状与第二人造微结构相同，所述第五人造微结构形状与第一人造微结构相 同。 0006 进一步地，所述基板材料为相对介电常数为3.0至4.0，损耗角正切为0.004至 0.007的FR4材料。 0007 进一步地，所述第一至第三半固化片的相对介电常数均为4.0至4.5，损耗角正切 均为0.015至0.02。 0008 进一步地，所述基本单元长宽尺寸相等且长宽尺寸为3.0至4.0毫米。 0009 进一步地，所述第一人造微结构为边长1.8至2.0毫米的实心正方形金属贴片；所 述第二人造微结构的两条金属分支长度和线。
10、宽均相同，长度为3.0毫米，线宽为0.1毫米。 0010 进一步地，所述第三人造微结构边长比第一人造微结构边长长0.2至0.3毫米。 说 明 书CN 102790269 A 2/4页 4 0011 进一步地，所述基板材料为相对介电常数为3.5，损耗角正切为0.006的FR4材料。 0012 进一步地，所述第一至第三半固化片的相对介电常数均为4.1，损耗角正切均为 0.016。 0013 进一步地，所述第一人造微结构边长为1.84毫米。 0014 进一步地，所述第三人造微结构边长为2.04毫米。 0015 本发明通过采用超材料原理设计透波天线罩，通过设置多层人造微结构使得电磁 波入射进入天线罩时。
11、，天线罩的阻抗渐变进而达到阻抗匹配和宽频透波 效果。本发明在X 波段其透波率达到90以上。 附图说明 0016 图1为构成超材料的基本单元的立体结构示意图； 0017 图2为构成本发明X波段超宽频透波天线罩的基本单元的剖视图； 0018 图3为第一人造金属微结构拓扑图； 0019 图4为第二人造金属微结构拓扑图； 0020 图5第三人造金属微结构拓扑图； 0021 图6第四人造金属微结构拓扑图； 0022 图7第五人造金属微结构拓扑图； 0023 图8为采用纯FR4材料制成的天线罩的S参数仿真图； 0024 图9为本发明X波段超宽频透波天线罩的S参数仿真图； 0025 图10为本发明X波段超宽。
12、频透波天线罩的阻抗匹配效果图。 具体实施方式 0026 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。 0027 光，作为电磁波的一种，其在穿过玻璃的时候，因为光线的波长远大于原子的尺 寸，因此我们可以用玻璃的整体参数，例如折射率，而不是组成玻璃的原子的细节参数来描 述玻璃对光线的响应。相应的，在研究材料对其他电磁波响应的时候，材料中任何尺度远小 于电磁波波长的结构对电磁波的响应也可以用材料的整体参数，例如介电常数和磁导 率来描述。通过设计材料每点的结构使得材料各点的介电常数和磁导率都相同或者不 同从而使得材料整体的介电常数和磁导率呈一定规律排布，规律排布的磁导率和介电常数 即可使得材料对电磁波具。
13、有宏观上的响应，例如汇聚电磁波、发散电磁波等。该类具有规律 排布的磁导率和介电常数的材料称之为超材料。 0028 如图1所示，图1为构成超材料的基本单元的立体结构示意图。超材料的 基本 单元包括人造微结构2以及该人造微结构附着的第一基板1。人造微结构可为人造金属微 结构，人造金属微结构具有能对入射电磁波电场和/或磁场产生响应的平面或立体拓扑结 构，改变每个超材料基本单元上的人造金属微结构的图案和/或尺寸即可改变每个超材料 基本单元对入射电磁波的响应。人造微结构2上还可覆盖有第二基板3，第二基板3、人造 微结构2以及第一基板1构成超材料的基本单元。多个超材料基本单元按一定规律排列即 可使得超材料。
14、对电磁波具有宏观的响应。由于超材料整体需对入射电磁波有宏观电磁响应 因此各个超材料基本单元对入射电磁波的响应需形成连续响应，这要求每一超材料基本单 说 明 书CN 102790269 A 3/4页 5 元的尺寸小于入射电磁波波长的五分之一，优选为入射电磁波波长的十分之一。本段描述 中，我们人为的将超材料整体划分为多个超材料基本单元，但应知此种划分方法仅为描述 方便，不应看成超材料由多个超材料基本单元拼接或组装而成，实际应用中超材料是将人 造金属微结构周期排布于基材上即可构成，工艺简单且成本低廉。周期排布即指上述人为 划分的各个超材料基本单元上的人造金属微结构能对入射电磁波产生连续的电磁响应。 。
15、0029 本发明利用上述超材料原理设计X波段超宽频透波天线罩，与图1不同的是，本发 明X波段超宽频透波天线罩的基本单元的基板中设置有多层微结构。通过设计不同的微 结构的排布实现阻抗匹配与宽频透波的效果。本发明通过如下方式设计：（1）通过传输线 理论建立电路模型、仿真并调整该电路模型直至得到所需效果并得出最终电路模型中的电 容和电感值；（2）设计不同的微结构以实现上述电路模型中的电容和电感值。本发明中以 金属贴片实现改变对应子单元的电容值，以“十”字形金属结构实现改变对应子单元的电感 值。下面详细描述本发明中各层子单元的拓扑结构和尺寸。 0030 本发明X波段超宽频透波天线罩的基本单元的剖视图如。
16、图2所示，其包括四层基 板10，相邻基板之间还设置有第一半固化片20、第二半固化片30以及 第三半固化片40以 加强天线罩的机械性能。基本单元的长宽相等且长宽尺寸优选为3.0至4.0毫米。本发明 中，第一半固化片20与相邻基板接触的相对两侧表面分别设置有第一人造微结构21和第 二人造微结构22，第二半固化片30与相邻基板接触的任一表面设置有第三人造微结构31， 第三半固化片40与相邻基板接触的相对两侧表面分别设置有第四人造微结构41和第五人 造微结构42。基板材料优选为相对介电常数为3.0至4.0，损耗角正切为0.004至0.007 的FR4材料，更优选地，基板材料为相对介电常数为3.5，损耗。
17、角正切为0.006的FR4材料； 第一至第三半固化片的相对介电常数优选均为4.0至4.5，第一至第三半固化片的损耗角 正切均优选为0.015至0.02，更优选地，第一至第三半固化片的相对介电常数均为4.1，损 耗角正切均为0.016。本发明中人造微结构被半固化片和基板夹持，能避免其在外界恶劣条 件下被腐蚀以致影响天线罩整体的介电性能。 0031 请参照图3、图4、图5、图6和图7，图3至图7分别为第一至第五人造金属微结构 的拓扑形状图。第一人造金属微结构为边长1.8至2.0毫米的实心正方形金属贴片，优选 地，第一人造金属微结构边长为1.84毫米；第二人造金属微结构为“十”字形金属结构，其 两条。
18、金属分支长度和线宽均相同，长度为3.0毫米，线宽为0.1毫米；第三人造金属微结构 为实心正方形金属贴片，其边长比第一人造金属微结构边长长0.2至0.3毫米，优选地，第 三人造微结构边长为2.04毫米；第四人造金属微结构与第二人造金属微结构相同；第五人 造金属微结构与第一人造金属微结构相同。本实施例中采用上述人造金属结构能使得阻抗 渐变，从而达到阻抗匹配和宽频透波的效果。 0032 作为对比例，图8示出了使用传统纯FR4材料制备的天线罩的S参数仿真结果图， 图9为本发明天线罩的S参数仿真结果图。从图8和图9的对比中可以看出，在X波段 （8-12GHZ）加入人造金属微结构后的板材透波性能提高很多。。
19、 0033 图10为本发明天线罩的阻抗匹配测试结果图。从图10中可以看出，本发明采用 多层匹配的人造金属微结构后，在X波段内其阻抗与空气匹配极佳，阻抗值均值约等于1， 透波率在90以上。 0034 上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体 说 明 书CN 102790269 A 4/4页 6 实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员 在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多 形式，这些均属于本发明的保护之内。 说 明 书CN 102790269 A 1/4页 7 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102790269 A 2/4页 8 图3 图4 图5 图6 图7 说 明 书 附 图CN 102790269 A 3/4页 9 图8 图9 说 明 书 附 图CN 102790269 A 4/4页 10 图10 说 明 书 附 图CN 102790269 A 10 。