CN204706648U - 超材料及超材料天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种超材料及超材料天线。超材料包括：介质层；导电几何结构层，形成在介质层的表面上，导电几何结构层包括多个阵列排布的导电几何结构，导电几何结构包括芯部导电几何结构及围绕芯部导电几何结构设置的***导电几何结构，芯部导电几何结构呈工字形。应用本实用新型的技术方案，导电几何结构层在电场方向上具有谐振电路的形状特征，谐振电流强度随入射电磁波的电场方向而改变，随着电场与材料的交叉角度变大，材料的透射率呈下降趋势，因此超材料能够有效地抑制天线面的副瓣，有利于优化天线辐射的方向性，提高天线的抗干扰能力。

Description

超材料及超材料天线

技术领域

本实用新型涉及无线传输设备领域，具体而言，涉及一种超材料及超材料天线。

背景技术

天线的基本功能是把从馈源取得的能量向周围空间辐射出去，优选地，把大部分能量朝所需的方向辐射，辐射强度最大的瓣称为主瓣，其余的瓣称为副瓣或旁瓣，副瓣的能量较大会影响天线的增益、方向性和抗干扰能力。为了增大主瓣能量，优化辐射的方向性，提高天线的抗干扰能力，通常要求尽量减小副瓣。现有天线的副瓣仍然占有辐射能量的较大比例，影响天线的性能。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种有利于减小天线的副瓣的超材料及超材料天线。

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，包括：介质层；导电几何结构层，形成在介质层的表面上，导电几何结构层包括多个阵列排布的导电几何结构，导电几何结构包括芯部导电几何结构及围绕芯部导电几何结构设置的***导电几何结构，芯部导电几何结构呈工字形。

进一步地，介质层的一个表面上形成有导电几何结构层；或，介质层的两个表面上均形成有导电几何结构层。

进一步地，***导电几何结构为呈工字形的框体。

进一步地，芯部导电几何结构与***导电几何结构之间间隔设置。

进一步地，芯部导电几何结构包括纵向条形结构和两个横向条形结构，两个横向条形结构分别连接在横向条形结构的两端。

进一步地，横向条形结构为直线条或曲线条；和/或，纵向条形结构为直线条或曲线条。

进一步地，纵向条形结构的两端分别连接于两个横向条形结构的中点。

进一步地，***导电几何结构上具有至少一个开口。

进一步地，开口为两个且分别与纵向条形结构的两端相对地位置。

进一步地，每个横向条形结构的两端各自设置有附属导电几何结构。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种超材料天线，超材料天线包括上述的超材料。

应用本实用新型的技术方案，超材料具有介质层和形成在介质层的表面上的导电几何结构层，导电几何结构层包括多个阵列排布的导电几何结构，导电几何结构由呈工字形的芯部导电几何结构和围绕在芯部导电几何结构的外周的***导电结合结构构成，导电几何结构层在电场方向上谐振电路的形状特征，谐振电流强度随入射电磁波的电场方向而改变，随着电场与材料的交叉角度变大，材料的透射率呈下降趋势，因此超材料能够有效地抑制天线面的副瓣，有利于优化天线辐射的方向性，提高天线的抗干扰能力。

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示出了本实用新型的实施例的超材料的结构示意图；

图2示出了本实用新型的实施例的超材料的导电几何结构的结构示意图；

图3示出了本实用新型的实施例的超材料的另一优选的导电几何结构的结构示意图；

图4示出了本实用新型的超材料不同入射角度的电磁波的透射曲线；

图5示出了本实用新型的天线与传统天线的效果对比图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、介质层；2、导电几何结构层；3、导电几何结构；4、芯部导电几何结构；41、横向条形结构；42、纵向条形结构；43、附属导电几何结构；5、***导电几何结构；51、开口。

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。

技术术语：

超材料，是指通过周期性规则排列的导电几何结构实现了自然界的材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料包括介质层和形成在介质层的表面上的导电几何结构层。导电几何结构层，由按周期性规则排列的多个导电几何结构组成。

导电几何结构是由导电材料制成的具有几何图形的平面或立体结构。导电几何结构可以是导电材料形成的独立的几何结构；也可以为在导电材料层上形成多个阵列排布的镂空几何结构，相邻的镂空几何之间的导电材料形成导电几何结构。

超材料的电磁性质主要由导电几何结构尺寸和排布方式等因素决定，通过调整导电几何结构或镂空几何结构的形状、尺寸和排布方式等参数可以得到所需的等效介电常数和磁导率，因此，超材料已广泛的应用于实现改变折射率、电磁隐身、完美吸波、提高透波性能和极化控制等。

如图1和2所示，本实用新型实施例的超材料包括：介质层1；导电几何结构层2，形成在介质层1的表面上，导电几何结构层2包括多个导电几何结构3，导电几何结构3包括芯部导电几何结构4及围绕芯部导电几何结构4设置的***导电几何结构5，芯部导电几何结构4呈工字形。

介质层1的一面或双面上形成有导电几何结构层2，导电几何结构层2在电场方向上谐振电路的形状特征(即具有即感性组件和容性组件)，谐振电流强度随入射电磁波的电场方向而改变，随着电场与材料的交叉角度变大，材料的透射率呈下降趋势，故可以降低阵列天线电场面的副瓣，有利于优化天线辐射的方向性，提高天线的抗干扰能力。

本实施例中的“工字形”包括严格与“工”字相符的形状和工字形的衍生形。工字形的衍生形包括纵向条形结构和分别设置其两端的横向结构，横向结构可以相对于纵向条形结构对称设置，也可以是不对称，横向结构可以呈条形，也可以包括横向的条形结构和设置在其一端或两端的附属结构，附属结构可以为圆形、椭圆形或多边形导电片。总之，设置在纵向条形结构的两端的横向结构包括分别位于纵向条形结构的两侧的部分，均可以称之为工字形的衍生形。

本实施例中，多个导电几何结构3阵列排布。相邻两个导电几何结构间隔一定的距离。

本实施例中，导电几何结构层2分为按阵列排布的多个方形区域，方形区域的边长为12毫米，每个方形区域内形成有一个导电几何结构3，相邻两个方形区域之间的间距为半波长。

本实施例中，导电几何结构3在电场方向上具有谐振电路特征，当电磁波的电场为垂直方向时，周期性阵列排布的微结构在垂直方向上组成串联谐振电路，微结构上产生感应电流，此感应电流的强度随电场在垂直方向上分量的大小而变化并影响材料的透射率。

图4示出了不同入射角度的电磁波的透射曲线，故通过此材料的角度选择特性可以降低阵列天线的电场面副瓣。

本实施例中，***导电几何结构5为呈工字形的框体。芯部导电几何结构4设置在***导电几何结构5中，并与***导电几何结构5间隔设置。

本实施例中，芯部导电几何结构4与***导电几何结构5之间的距离一致。

可以优选地，芯部导电几何结构4的外缘与***导电几何结构5之间的距离不一致，芯部导电几何结构4的外缘与***导电几何结构5之间的距离也可以在拐角处改变。

本实施例中，芯部导电几何结构4包括两个横向条形结构41和一个纵向条形结构42，两个横向条形结构41分别连接在纵向条形结构42的两端。

优选地，横向条形结构41相对于纵向条形结构42对称地设置。也可以优选地，横向条形结构41相对于纵向条形结构42非对称地设置，横向条形结构41分别位于纵向条形结构42两侧的两部分长度不同和/或宽度不同。

还可以优选地，横向条形结构41为直线条或曲线条；和/或，纵向条形结构42为直线条或曲线条。

本实施例中，工字形的框体上具有开口51，开口51与纵向条形结构42的端部相对地位置。

可以优选地，如图3所示，每个横向条形结构41的两端各自设置有附属导电几何结构43。附属导电几何结构43可以为纵向设置的导电条，也可以为呈圆形、椭圆形或多边形的导电片。

本实施例中，介质层1为纤维板、泡沫板或蜂窝板。

介质层1的表面既可以是规则的也可以是根据实际需要而设置的不规则的。介质层1可以是硬质基板，也可以是软板。

介质层1还可以为复合材料基板或陶瓷基板。其中，复合材料可以是热固性材料，也可以是热塑性材料。

一般来说，介质层1的介电常数ε应该满足：1≤ε≤5。

导电几何结构层2的材质为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金、铝合金、导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

导电几何结构层2可以通过蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻或离子刻等方法附着在介质层1上。制作导电几何结构层2的金属可以为金、银、铜、金合金、银合金、铜合金、锌合金或铝合金；制作导电几何结构层2的非金属导电材料可以为导电石墨、铟锡氧化物或掺铝氧化锌。

一种天线包括上述的超材料，包括辐射单元和设置在辐射单元的辐射方向上的板状超材料。

图5示本实用新型的天线与传统天线的效果对比图。纵坐标代表天线的增益，横坐标代表与主瓣中心轴的夹角，曲线A是传统天线方向图，曲线B是本实用新型的天线方向图，与传统天线相比，本实施例提供的低副瓣超材料平板天线的远区副瓣降低了接近10dB，副瓣抑制效果显著。

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 (11)

1.一种超材料，其特征在于，包括：

介质层(1)；

导电几何结构层(2)，形成在所述介质层(1)的表面上，所述导电几何结构层(2)包括多个阵列排布的导电几何结构(3)，所述导电几何结构(3)包括芯部导电几何结构(4)及围绕所述芯部导电几何结构(4)设置的***导电几何结构(5)，所述芯部导电几何结构(4)呈工字形。

2.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述介质层(1)的一个表面上形成有所述导电几何结构层(2)；或，所述介质层(1)的两个表面上均形成有所述导电几何结构层(2)。

3.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述***导电几何结构(5)为呈工字形的框体。

4.根据权利要求3所述的超材料，其特征在于，

所述芯部导电几何结构(4)与所述***导电几何结构(5)之间间隔设置。

5.根据权利要求1所述的超材料，其特征在于，所述芯部导电几何结构(4)包括纵向条形结构(42)和两个横向条形结构(41)，两个所述横向条形结构(41)分别连接在所述横向条形结构(42)的两端。

6.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于，

所述横向条形结构(41)为直线条或曲线条；和/或，

所述纵向条形结构(42)为直线条或曲线条。

7.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于，所述纵向条形结构(42)的两端分别连接于两个所述横向条形结构(41)的中点。

8.根据权利要求6所述的超材料，其特征在于，所述***导电几何结构(5)上具有至少一个开口(51)。

9.根据权利要求8所述的超材料，其特征在于，所述开口(51)为两个且分别与所述纵向条形结构(42)的两端相对地位置。

10.根据权利要求5所述的超材料，其特征在于，每个所述横向条形结构(41)的两端各自设置有附属导电几何结构(43)。

11.一种超材料天线，其特征在于，包括权利要求1至10中任一项所述的超材料。