CN204706647U - 超材料滤波结构及具有其的超材料天线罩和天线*** - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超材料滤波结构及具有其的超材料天线罩和天线***。该超材料滤波结构包括：基板；多层导电几何结构层，各层导电几何结构层设置在基板上，且相邻两层导电几何结构层间隔设置，其中，各层导电几何结构层包括一体的金属板件和多个金属片，金属板件上开设有多个放置空间，相邻两层导电几何结构层的放置空间的投影至少部分重合，每个放置空间内呈一字型并排且间隔地放置至少两个金属片，各金属片与金属板件之间具有间隙。应用本实用新型的技术方案可以解决现有技术中超材料滤波结构对工作频段外的电磁波的抑制效果差的问题，并且使工作频段的入射该超材料滤波结构的TE波和TM波的透波范围不相同。

Description

超材料滤波结构及具有其的超材料天线罩和天线***

技术领域

本实用新型涉及天线滤波领域，具体而言，涉及一种超材料滤波结构及具有其的超材料天线罩和天线***。

背景技术

一般情况下，天线***都会设置有滤波结构。利用滤波结构形成的天线罩的目的是保护天线***免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等的影响，使天线***工作性能比较稳定、可靠。同时减轻天线***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。

现有技术中的滤波结构是由纯材料制成，纯材料的透波性能比较均一，工作频段内或相邻频段均透波，造成天线无法对工作频段以外的电磁波进行有效抑制，使得工作频段外的透波容易干扰天线的正常工作。而且，现有技术中不具有TE波(直向波)与TM波(横向波)的透波范围不相同的滤波结构。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种超材料滤波结构及具有其的超材料天线罩和天线***，以解决现有技术中滤波结构对工作频段外的电磁波的抑制效果差的问题，并且使工作频段的入射超材料滤波结构的TE波和TM波的透波范围不相同。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种超材料滤波结构，包括：基板；多层导电几何结构层，各层导电几何结构层设置在基板上，且相邻两层导电几何结构层间隔设置，其中，各层导电几何结构层包括一体的金属板件和多个金属片，金属板件上开设有多个放置空间，相邻两层导电几何结构层的放置空间的投影至少部分重合，每个放置空间内呈一字型并排且间隔地放置至少两个金属片，各金属片与金属板件之间具有间隙。

进一步地，放置空间为矩形空间，每个矩形空间内放置的金属片的数量为两个，每个矩形空间通过放置在其中的该两个金属片而形成日字形中空间隙。

进一步地，多层导电几何结构层为两层，其中一层导电几何结构层的日字形中空间隙与另一层导电几何结构层的日字形中空间隙相对设置。

进一步地，矩形空间具有长边和短边，该长边的边长为L1，该短边的边长为L2，11.5mm≤L1≤13.5mm，6mm≤L2≤8mm。

进一步地，金属片为具有长边和短边的矩形金属片，金属片的长边边长为L3，金属片的短边边长为L4，5.5mm≤L3≤7.5mm，5mm≤L4≤6mm。

进一步地，各层导电几何结构层的多个放置空间呈矩形阵列分布。

进一步地，同一层导电几何结构层的相邻的矩形空间的短边之间距离为D1，3mm≤D1≤4mm。

进一步地，同一层导电几何结构层的相邻的矩形空间的长边之间距离为D2，3.5mm≤D2≤4.5mm。

进一步地，基板包括蜂窝基板，两层导电几何结构层分别设置在蜂窝基板的相对的两侧。

进一步地，蜂窝基板厚度为H，4mm≤H≤6mm。

进一步地，蜂窝基板的两侧均设置有两块预浸料基板，每层导电几何结构层设置在相应的两块预浸料基板之间。

进一步地，蜂窝基板与相应的预浸料基板之间具有粘结胶层。

进一步地，远离蜂窝基板的预浸料基板的厚度大于靠近蜂窝基板的预浸料基板的厚度。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种超材料天线罩，包括滤波结构，滤波结构为前述的超材料滤波结构。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种天线***，包括天线罩，该天线罩为前述的超材料天线罩。

应用本实用新型的技术方案，该超材料滤波结构的多层导电几何结构层的金属板件为一体结构，每个放置空间内呈一字型并排放置有多个金属片，并且各金属片之间以及金属片与金属板件之间具有间隔，而且相邻两层导电几何结构层上的放置空间的投影至少部分重合。这样的超材料滤波结构能够调节滤波的介电常数和磁导率，使得电磁波通过该超材料滤波结构时，工作频段的电磁波能高效率地穿透，非工作频段的电磁波能够有效地被截止，从而解决了超材料滤波结构对工作频段外的电磁波的抑制效果差的技术问题。同时，该超材料滤波结构使得透波的TE波与TM波的频率范围不相同。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的超材料滤波结构的实施例的剖视结构示意图；

图2示出了图1的导电几何结构层的一处日字形间隔结构的示意图；

图3示出了图1的导电几何结构层的局部结构示意图；

图4示出了超材料滤波结构的实施例的TE波透波效果曲线图；

图5示出了图4的局部放大图；

图6示出了超材料滤波结构的实施例的TM波透波效果曲线图；

图7示出了图6的局部放大图；

图8示出了超材料滤波结构的实施例的TE波和TM波的透波效果对比曲线图；

图9示出了图8的局部放大对比曲线图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基板；                   11、蜂窝基板；

12、预浸料基板；             20、导电几何结构层；

21、金属板件；               22、金属片；

30、粘结胶层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种超材料滤波结构，该超材料滤波结构包括基板10和多层导电几何结构层20，各层导电几何结构层20设置在基板10上，且相邻两层导电几何结构层20间隔设置，其中，各层导电几何结构层20包括一体的金属板件21和多个金属片22，金属板件21上开设有多个放置空间，相邻两层导电几何结构层20的放置空间的投影至少部分重合，每个放置空间内呈一字型并排且间隔地放置至少两个金属片22，各金属片22与金属板件21之间具有间隙。

这样的超材料滤波结构能够调节滤波的介电常数和磁导率，使得电磁波通过该超材料滤波结构时，工作频段的电磁波能高效率地穿透，非工作频段的电磁波能够有效地被截止，从而解决了超材料滤波结构对工作频段外的电磁波的抑制效果差的技术问题。同时，该超材料滤波结构使得透波的TE波(即直向波)与TM波(即横向波)的频率范围不相同。

如图2和图3所示，各层导电几何结构层20上的每个放置空间为矩形空间，每个矩形空间内放置的金属片22的数量为两个，每个矩形空间通过放置在其中的该两个金属片22而形成日字形中空间隙。在本实施例中，多层导电几何结构层20为两层，其中一层导电几何结构层20的日字形中空间隙与另一层导电几何结构层20的日字形中空间隙相对设置。这样，两层导电几何结构层20之间的日字形中空间隙正对，能够在电磁波入射该超材料滤波结构的过程中，电磁波在日字形中空间隙之间形成的电磁感应现象而有利于该超材料滤波结构对工作频段的电磁波进行滤波。

导电几何结构可以使用任意导电材料，可以是金属材料，例如金、银或铜或几种金属的混合物，优选铜，所使用的金属材料的原始形态可以是固体、液体、流状体或粉状物；也可以是非金属材料，如导电油墨。

如图3所示，矩形空间的矩形轮廓具有长边和短边，该长边的边长为L1，该短边的边长为L2，11.5mm≤L1≤13.5mm，6mm≤L2≤8mm；优选地，本实施例中L1＝11.5mm，L2＝6.0mm。金属片22为具有长边和短边的矩形金属片，金属片22的长边边长为L3，金属片22的短边边长为L4，5.5mm≤L3≤7.5mm，5mm≤L4≤6mm，本实施例中L3＝5.8mm，L4＝5.45mm。

在本实施例中，各层导电几何结构层20的多个放置空间呈矩形阵列分布。在同一层导电几何结构层20上，其中每个放置空间内，金属片22与金属板件21之间的间隙距离为0.1mm至0.5mm，本实施例中优选为0.1mm。并且，每个放置空间内的两个金属片22之间的间隙距离在0.4mm至1.0mm，本实施例中优选为0.4mm。本实施例的各层导电几何结构层20的厚度小于0.02mm，优选0.018mm。

如图3所示，由于同一层导电几何结构层20上的多个放置空间是呈矩形阵列排列的，因此，同一层导电几何结构层20的相邻的矩形空间的短边之间距离为D1，3mm≤D1≤4mm，本实施例中D1＝3.5mm，同一层导电几何结构层20的相邻的矩形空间的长边之间距离为D2，3.5mm≤D2≤4.5mm，本实施例中D2＝4.0mm。

再次如图1所示，本实施例的超材料滤波结构的基板10包括蜂窝基板11，两层导电几何结构层20分别设置在蜂窝基板11的相对的两侧(即导电几何结构层20可以直接粘接在蜂窝基板11的表面上以固定连接；也可以在导电几何结构层20与蜂窝基板11之间设置特殊的介电常数与损耗率值都较低的基板材料，从而实现导电几何结构层20与蜂窝基板11之间的连接)。并且，蜂窝基板11厚度为H，4mm≤H≤6mm，本实施例中H＝5mm。这样，该超材料滤波结构的两层导电几何结构层20之间的距离能够保证电磁波在入射的过程中，导电几何结构层20之间形成的电磁波共振减小，这样有利于对工作频段的电磁波进行滤波透波。

在本实施例中，基板还包括预浸料基板12，由于蜂窝基板11设置在两层导电几何结构层20之间，并且每层导电几何结构层20由对应的两层预浸料基板12夹紧设置后，相应的预浸料基板12连接在蜂窝基板11上，即装配完成后的超材料滤波结构的各层排布顺序为预浸料基板、导电几何结构层、预浸料基板、蜂窝基板、预浸料基板、导电几何结构层以及预浸料基板。在本实施例中，蜂窝基板11与相应的预浸料基板12之间具有粘结胶层30。预浸料基板12可以通过粘结胶层30粘接固定在蜂窝基板11上，也可以通过其他替换实施的固定方式进行安装。

如图1所示，远离蜂窝基板11的预浸料基板12的厚度大于靠近蜂窝基板11的预浸料基板12的厚度。即该超材料滤波结构中的最外侧预浸料基板12的厚度大于内侧的预浸料基板12的厚度，由于最外层预浸料基板12中的一层是裸露在外部环境中的，这样就能够使预浸料基板12能够更好地保护导电几何结构层20。

在本实施例中，蜂窝基板11的介电常数ε＝1.05，其损耗率loss＝0.006；预浸料基板12的介电常数ε＝3.15，其损耗率loss＝0.005，粘结胶层30的介电常数ε＝2.9，其损耗率loss＝0.008。在本实施例中，由于每层导电几何结构层20均由两层预浸料基板12夹紧设置，为了将导电几何结构层20固定安装在预浸料基板12上，因此在安装在过程利用软胶层将导电几何结构层20固定在预浸料基板12上，其中，软胶层介电常数ε＝3.2，其损耗率loss＝0.002。

应用本实施例的超材料滤波结构，电磁波在工作频段内TE波与TM波的透波范围是不同的。参见图4和图5所示，其为TE波的CST仿真效果的曲线图，图5是图4的局部放大图。图中示出的S11曲线为TE波的反射能量曲线，S21曲线为TE波的透波能量曲线。电磁波正面入射本实施例的超材料滤波结构(即入射角度为零)，TE波在5.54GHz至6.65GHz之间可透波(该波段范围内的TE波的透波能量均高于-1.25SdB)，而在4.23GHz以下以及8.11GHz以上会被抑制而无法透波(该波段范围内的TE波的透波能量均低于-20SdB)。参见图6和图7所示，图7是图6的局部放大图。其是TM波的CST仿真效果的曲线图，图中示出的S′11曲线为TM波的反射能量曲线，S′21曲线为TM波的透波能量曲线。电磁波也是正面入射该超材料滤波结构，TM波在8.4GHz至9.0GHz之间可透波(该波段范围内的TM波的透波能量均高于-1.25SdB)，而在7.2GHz以下以及10.34GHz以上会被反射而无法透波(该波段范围内的TM波的透波能量均低于-20SdB)。如图8和图9所示，其中，图9是图8的局部放大图，其示出了TE波和TM波的可透波范围，明显地，TE波和TM波的透波范围是不同的。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种超材料天线罩，该超材料天线罩包括前述的超材料滤波结构。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种天线***，该天线***包括前述的超材料天线罩。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种超材料滤波结构，其特征在于，包括：

基板(10)；

多层导电几何结构层(20)，各层所述导电几何结构层(20)设置在所述基板(10)上，且相邻两层所述导电几何结构层(20)间隔设置，其中，各层所述导电几何结构层(20)包括一体的金属板件(21)和多个金属片(22)，所述金属板件(21)上开设有多个放置空间，相邻两层所述导电几何结构层(20)的所述放置空间的投影至少部分重合，每个所述放置空间内呈一字型并排且间隔地放置至少两个所述金属片(22)，各所述金属片(22)与所述金属板件(21)之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述放置空间为矩形空间，每个所述矩形空间内放置的所述金属片(22)的数量为两个，每个所述矩形空间通过放置在其中的该两个金属片(22)而形成日字形中空间隙。

3.根据权利要求2所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述多层导电几何结构层(20)为两层，其中一层所述导电几何结构层(20)的所述日字形中空间隙与另一层所述导电几何结构层(20)的所述日字形中空间隙相对设置。

4.根据权利要求2所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述矩形空间具有长边和短边，该长边的边长为L1，该短边的边长为L2，11.5mm≤L1≤13.5mm，6mm≤L2≤8mm。

5.根据权利要求4所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述金属片(22)为具有长边和短边的矩形金属片，所述金属片(22)的长边边长为L3，所述金属片(22)的短边边长为L4，5.5mm≤L3≤7.5mm，5mm≤L4≤6mm。

6.根据权利要求1所述的超材料滤波结构，其特征在于，各层所述导电几何结构层(20)的所述多个放置空间呈矩形阵列分布。

7.根据权利要求2所述的超材料滤波结构，其特征在于，同一层所述导电几何结构层(20)的相邻的所述矩形空间的短边之间距离为D1，3mm≤D1≤4mm。

8.根据权利要求2所述的超材料滤波结构，其特征在于，同一层所述导电几何结构层(20)的相邻的所述矩形空间的长边之间距离为D2，3.5mm≤D2≤4.5mm。

9.根据权利要求3所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述基板(10)包括蜂窝基板(11)，两层所述导电几何结构层(20)分别设置在所述蜂窝基板(11)的相对的两侧。

10.根据权利要求9所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述蜂窝基板(11)厚度为H，4mm≤H≤6mm。

11.根据权利要求9所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述蜂窝基板(11)的两侧均设置有两块预浸料基板(12)，每层所述导电几何结构层(20)设置在相应的两块所述预浸料基板(12)之间。

12.根据权利要求11所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述蜂窝基板(11)与相应的所述预浸料基板(12)之间具有粘结胶层(30)。

13.根据权利要求11所述的超材料滤波结构，其特征在于，远离所述蜂窝基板(11)的所述预浸料基板(12)的厚度大于靠近所述蜂窝基板(11)的所述预浸料基板(12)的厚度。

14.一种超材料天线罩，包括滤波结构，其特征在于，所述滤波结构为权利要求1至13中任一项所述的超材料滤波结构。

15.一种天线***，包括天线罩，其特征在于，所述天线罩为权利要求14所述的超材料天线罩。