CN206834308U - 超材料滤波结构、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、天线罩和天线***。其中，超材料滤波结构包括：多个叠层设置的基板；至少一个导电几何结构层，每个导电几何结构层设置在对应的基板上，导电几何结构层包括多个依次排列的导电单元，导电单元包括导电环以及位于导电环内侧的导电片，其中，导电片与导电环间隔设置，多个导电环连接设置。本实用新型解决了现有技术中单一材料制成的天线罩无法有效截止X波段之外的电磁波的问题。

Description

超材料滤波结构、天线罩和天线***

技术领域

本实用新型涉及天线***技术领域，具体而言，涉及一种超材料滤波结构、天线罩和天线***。

背景技术

天线***一般设置有天线罩。设置天线罩的目的是保护天线免受风雨、冰雪、沙尘和太阳辐射等外部环境的影响，使天线***工作性能比较稳定、可靠。同时，天线罩还可以减轻天线的磨损、腐蚀和老化，延长天线的使用寿命。

现有技术中，天线罩通常由低损耗的单一材料制成。单一材料的透波性能比较均一，工作频段和相邻频段的电磁波均可透过天线罩。因此，天线罩无法对工作频段以外的电磁波进行有效抑制，使得工作频段外的电磁波容易干扰天线的正常工作。当工作频段为X波段时，即工作频段的电磁波频率在8GHz到12GHz之间，单一材料制成的天线罩无法有效截止X波段之外的电磁波。

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、天线罩和天线***，以解决现有技术中单一材料制成的天线罩无法有效截止X波段之外的电磁波的问题。

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，超材料滤波结构包括：多个叠层设置的基板；至少一个导电几何结构层，每个导电几何结构层设置在对应的基板上，导电几何结构层包括多个依次排列的导电单元，导电单元包括导电环以及位于导电环内侧的导电片，其中，导电片与导电环间隔设置，多个导电环连接设置。

进一步地，多个导电几何结构层上的导电单元在叠置方向上的投影至少部分重叠。

进一步地，导电环的几何中心点与导电片的几何中心点重合。

进一步地，导电环为多边形环，且任意相邻两个彼此连接的导电环共边。

进一步地，导电环为正四边形环。

进一步地，导电几何结构层的多个导电单元在基板上呈矩形阵列排布。

进一步地，导电环的外边缘的边长为L1，导电环的外边缘与内边缘之间的距离为H1，其中，4.9mm≤L1≤6mm，0.36mm≤H1≤0.44mm。

进一步地，导电环为正六边形环。

进一步地，导电几何结构层的多个导电单元在基板上呈蜂窝状排列设置。

进一步地，导电环的外边缘的边长为L3，导电环的外边缘与内边缘之间的距离为H4，其中，2.7mm≤L3≤3.3mm，0.31mm≤H4≤0.39mm。

进一步地，导电片为多边形或者圆形。

进一步地，导电片为圆形，导电片的直径为D，其中，3.06mm≤D≤3.74mm。

进一步地，导电片为正方形。

进一步地，导电片的边长为L2，其中，3.6mm≤L2≤4.4mm。

进一步地，导电几何结构层的厚度为H2，其中，0.016mm≤H2≤0.02mm。

进一步地，基板的厚度为H3，其中，0.9mm≤H3≤1.1mm。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种天线罩，包括超材料滤波结构，超材料滤波结构为前述的超材料滤波结构。

根据本实用新型的第三个方面，提供了一种天线***，包括天线和罩设在天线上的天线罩，天线罩为前述的天线罩。

应用本实用新型的技术方案，多个导电环连接在一起，等效于电感，可以抑制低频段的电磁波透过；间隔设置的导电环与导电片等效于LC电路，等效LC电路谐振频率外的高频段电磁波被抑制，而在等效LC电路谐振频率附近的电磁波具有良好的透波性。因此，超材料滤波结构在X波段具有良好的透波性能，而在低于和高于X波段的频带具有良好的截止性能。用上述超材料滤波结构制成的天线罩不但可以保证X波段电磁波的高透射率，而且可以有效截止X波段之外的电磁波。

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立体结构示意图；

图2示出了图1的超材料滤波结构中导电几何结构层的导电单元的实施例一的剖视图；

图3示出了图1的超材料滤波结构的导电几何结构层的主视图；

图4示出了图1的超材料滤波结构中导电几何结构层的导电单元的实施例二的剖视图；

图5示出了图1的超材料滤波结构中导电几何结构层的导电单元的实施例三的剖视图；

图6示出了频率为0至20GHZ的横电波(TE波)照射到图1的超材料滤波结构时的***损耗曲线；以及

图7示出了频率为0至20GHZ的横磁波(TM波)照射到图1的超材料滤波结构时的***损耗曲线。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、基板；20、导电几何结构层；21、导电单元；211、导电环；212、导电片。

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。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了解决现有技术中的单一材料制成的天线罩无法有效截止X波段之外的电磁波的问题，本实用新型提供了一种超材料滤波结构、天线罩和天线***。

在本实用新型及本实用新型的实施例中，天线***包括天线和罩设在天线上的天线罩。

在本实用新型及本实用新型的实施例中，天线罩包括超材料滤波结构。

可选地，天线罩由超材料滤波结构围成。

本实用新型的实施例中，超材料滤波结构包括多个叠层设置的基板10和多个导电几何结构层20。多个导电几何结构层20与多个基板10依次交替设置，每个导电几何结构层20设置在对应的基板10上。导电几何结构层20包括多个依次排列的导电单元21。导电单元21包括导电环211以及位于导电环211内侧的导电片212。其中，导电片212与导电环211间隔设置，多个导电环211连接设置。

通过上述设置，多个导电环211连接在一起，等效于电感，可以抑制低频段的电磁波透过；间隔设置的导电环211与导电片212等效于LC电路，等效LC电路谐振频率外的高频段电磁波被抑制，而在等效LC电路谐振频率附近的电磁波具有良好的透波性。因此，上述超材料滤波结构在X波段具有良好的透波性能，而在低于和高于X波段的频带具有良好的截止性能。用上述超材料滤波结构制成的天线罩不但可以保证X波段电磁波的高透射率，而且可以有效截止X波段之外的电磁波。

进一步地，多个基板10可以提高超材料滤波结构的机械强度。设置多个导电几何结构层20可以提高超材料滤波结构的截止性能。

具体地，每个导电几何结构层20均设置在与该导电几何结构层20相邻的两个基板10之间。

与导电几何结构层20设置于基板10的外侧相比，导电几何结构层20设置在相邻两个基板10之间可以避免导电几何结构层20损坏，影响滤波性能。同时，相邻两个基板10之间只设置一个导电几何结构层20，可以避免相邻两个基板10之间具有多个导电几何结构层20时，多个导电几何结构层20难以贴合或相互干扰，影响超材料滤波结构的机械连接强度和滤波效果。

可选地，多个导电环211为一体成型结构。

这样，可以提高多个导电环211的连接强度，避免超材料滤波结构受到外部冲击时，导电环211断开。

可选地，导电几何结构层20的材料可以是金属、导电塑料、导电橡胶、导电复合材料、导电液体、导电粉末或者其他具有导电性能的材料。

可选地，基板10由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料中的一种制成。

优选地，每个导电几何结构层20上的多个导电单元21的形状和尺寸相同，多个导电单元21按照每行导电单元21的数量相同或者每列导电单元21的数量相同的方式排列。

可选地，多个基板10的厚度相同，多个导电几何结构层20的厚度相同。

当然，也可以根据对滤波性能的需求，设置多个基板10具有不同的厚度，多个导电几何结构层20的也具有不同的厚度。

本实用新型的实施例中，多个导电几何结构层20上的导电单元21在叠置方向上的投影至少部分重叠。

上述设置中，多个导电单元21在叠置方向上的投影至少部分重叠可以降低低频段和高频段电磁波的透射率，从而提高超材料滤波结构在非工作频段的截止性能。

可选地，每个导电几何结构层20上的导电单元21按照相同的规则排布。多个导电几何结构层20在叠置的方向上完全重叠，多个导电几何结构层20上位于同一位置的导电单元21在叠置方向上的投影完全重叠。

这样，可以大幅降低低频段和高频段电磁波的透射率，从而大幅提升材料滤波结构在非工作频段的截止性能。

当然，本实用新型的实施例中，超材料滤波结构也可以包括多个层叠设置的基板10和一个导电几何结构层20。

如图1所示，本实用新型的实施例中，超材料滤波结构包括两个基板10和设置在两个基板10之间的一个导电几何结构层20。

通过上述设置，超材料滤波结构为三层结构，两个基板10之间夹设一个导电几何结构层20。两个基板10可以使超材料滤波结构具有较好的机械性能，只设置一个导电几何结构层20可以使超材料滤波结构在工作频带具有良好的透射率，而且可以减轻重量、简化结构。

优选地，如图2所示，本实用新型的实施例中，导电环211的几何中心点与导电片212的几何中心点重合。

上述设置可以在导电环211与导电片212之间形成均匀的间隙，便于控制和调整等效LC电路的谐振频率，使超材料滤波结构具有更好的X波段带通透波性能。

本实用新型的实施例中，导电环211为多边形环，且任意相邻两个彼此连接的导电环211之间没有间隙。

通过上述设置，由于任意相邻两个彼此连接的多边形导电环211之间没有间隙，在导电几何结构层20中，除了位于导电几何结构层20的外边缘的导电单元21，导电几何结构层20内部的每个导电单元21均与相邻的导电单元21连接，从而使多个导电单元21形成周期性排列，并完全覆盖整个导电几何结构层20所在的区域。这样，可以避免电磁波从相邻两个导电单元21之间透射，提高超材料滤波结构在X波段的带通滤波效果。

具体地，多边形可以是三边形、四边形、六边形、八边形，但不限于上述形状。

优选地，如图2所示，本实用新型的实施例中，导电环211为正四边形环。

上述设置可以便于多个导电环211连接，形成的等效电感具有较好的低频段截止性能。

在附图未示出的替代实施例中，导电环211也可以是矩形环，即导电环211的长和宽不相等。

如图3所示，本实用新型的实施例中，导电几何结构层20的多个导电单元21在基板10上呈矩形阵列排布。

具体地，导电几何结构层20中每行导电单元21的数量相同，每列导电单元21的数量也相同，相邻两个导电单元21的四边形外边缘相互连接。

如图2所示，本实用新型的实施例中，当导电环211为正四边形环时，导电环211的外边缘的边长为L1，导电环211的外边缘与内边缘之间的距离为H1，其中，4.9mm≤L1≤6mm，0.36mm≤H1≤0.44mm。

如图4所示，本实用新型的替代实施例中，导电环211也可以为正六边形环。

当导电环211为正六边形环时，导电几何结构层20的多个导电单元21在基板10上呈蜂窝状排列设置。

如图4所示，本实用新型的实施例中，当导电环211为正六边形环时，导电环211的外边缘的边长为L3，导电环211的外边缘与内边缘之间的距离为H4，其中，2.7mm≤L3≤3.3mm，0.31mm≤H4≤0.39mm。

如图4和图5所示，本实用新型的实施例中，导电片212可以为多边形或者圆形。

如图2所示，导电片212为正方形。

当导电片212为正方形时，导电片212的边长为L2，其中，3.6mm≤L2≤4.4mm。

如图4所示，当导电片212为正六边形。

当导电片212为正六边形时，导电片212的边长为L4，其中，1.8mm≤L4≤2.2mm。

如图5所示，当导电片212为圆形时，导电片212的直径为D，其中，3.06mm≤D≤3.74mm。

优选地，导电环211的边数与导电片212的边数相同，且导电环211的各边与导电片212的各边一一对应地平行设置。

这样，在导电片212和导电环211之间可以形成均匀的间隙，便于控制等效LC回路的滤波性能。

如图1所示，本实用新型的实施例中，导电几何结构层20的厚度为H2，其中，0.016mm≤H2≤0.02mm。

导电几何结构层20的厚度H2在上述范围内，既可以保证超材料滤波结构的X波段带通滤波性能，又可以使超材料滤波结构的重量较轻，结构较为紧凑。

优选地，导电几何结构层20的厚度H2为0.018mm。

如图1所示，本实用新型的实施例中，基板10的厚度为H3，其中，0.9mm≤H3≤1.1mm。

基板10的厚度H3在上述范围内，既可以保证超材料滤波结构具有足够的机械强度，又可以使超材料滤波结构的重量较轻，结构较为紧凑。

优选地，基板10的厚度H3为1mm。

实施例一

如图2所示，在本实用新型的实施例一中，超材料滤波结构包括两个基板10和设置在两个基板10之间的一个导电几何结构层20。基板10的材料的相对介电常数为4.9，***损耗为0.025dB，基板10的厚度H3为1mm。导电几何结构层20的材料为铜，厚度H2为0.018mm。导电单元21的导电环211为正四边形环。如图3所示，多个导电单元21在基板10上呈矩形阵列排布。导电环211的外边缘的边长L1为5.5mm，导电环211的外边缘与内边缘之间的距离H1为0.4mm。导电片212为正四边形，导电片212的边长L2为4mm。导电环211的几何中心点与导电片212的几何中心点重合。导电环211的边框与导电片212的边平行，在导电环211与导电片212之间形成均匀的间隙。

图6示出了频率为0至20GHZ的横电波(TE波)照射到上述实施例中的超材料滤波结构时的***损耗曲线；图7示出了频率为0至20GHZ的横磁波(TM波)照射到上述实施例中的超材料滤波结构时的***损耗曲线。其中，***损耗也称为电磁波传输系数。

从图6和图7可以看出，电磁波(TE模、TM模)照射到材料时，在9.5-10.5GHz波段的电磁波传输系数值大于-1dB，电磁波透波率很高。在电磁波为9.8GHz时，电磁波传输系数达到最大值，说明在此频域范围内的反射参数很小。而频率为8.3GH以下，以及14.1GHz以上的电磁波传输系数均小于-3dB。从以上结果可以看出，上述实施例中的超材料滤波结构在X波段内具有良好的透波性能，在X波段外具有良好的带外抑制效果。

实施例二

如图4所示，本实用新型的实施例二与实施例一的不同之处在于：导电单元21的导电环211为正六边形环。多个导电单元21在基板10上呈蜂窝状排列。导电环211的外边缘的边长L3为3mm，导电环211的外边缘与内边缘之间的距离H4为0.35mm。导电片212为正六边形，导电片212的边长L4为2mm。

本实用新型的实施例二的其他结构与实施例一相同。

实施例三

如图5所示，本实用新型的实施例三与实施例一的不同之处在于：导电片212为圆形，导电片212的直径D为3.4mm。导电环211的几何中心点与导电片212的几何中心点重合。

本实用新型的实施例三的其他结构与实施例一相同。

与电磁相关的保护材料，通常要满足两方面的性能要求：一方面需要有足够的机械强度以保护其中的天线等元件；另一方面要保证工作频段内的电磁波具有高透波性。即要求保护材料既能保护内部的设备，又不影响电磁波的传输特性。

现有技术中的低损耗材料具有很高的透波率，且随着频率的变化，透波性能变化不大。为了保证电磁波的高效穿透性，现有技术中一般采用半波长理论进行材料厚度设计。半波长理论即材料厚度为工作频段电磁波波长的1/2时，电磁波的透波率最好。但由于材料厚度与工作频段波长相关，很难保证良好的宽频带吸波性能。

现有技术中，天线罩通常是由低损耗的单一材料制成。对于单一材料，一般利用半波长理论，根据天线工作频率的不同改变材料的厚度，调整其对入射电磁波的透波响应。因此，现有技术中的天线罩存在两方面的问题，其一是当入射电磁波波段较低时会使得天线罩厚度过大，进而重量偏大；其二是单一材料的透波性能比较均一，工作频段内透波，与工作频段相邻的频段内也具有较高的透波性。工作频段外的电磁波透射容易干扰天线的正常工作，因此，现有技术中的天线罩只能起到保护天线的作用，在一定程度上会影响天线的性能。

本实用新型的超材料滤波结构是将导电几何结构层通过多层堆叠技术铺贴在低损耗的基板上。由本实用新型的超材料滤波结构制成的天线罩在工作频段具有更高的透射率，更好地保证天线***正常工作，同时具有较高的机械强度。将超材料滤波结构加入到普通材料的基板中，通过调制导电单元的电磁响应来调制超材料滤波结构的电磁响应，进而对入射的电磁波进行调制，使整个结构在工作频段具有较高的透波性能，同时在非工作频段具有良好的截止性能。本实用新型中由金属微结构和常规材料组成的多层材料，一方面保证了工作频段内的高透波，另一方面对工作频段外的信号起到了过滤的作用，为天线的正常工作提供了更好的保护环境。通过选择不同的基板材料、调整导电单元的形状或者尺寸，使整个超材料滤波结构在某个频带具有全反射性能、吸波性能或透波性能。

本实用新型的超材料滤波结构还可以用于制造其他与电磁相关的产品的保护壳。具体地，电磁相关的产品可以是雷达或者频率选择器等。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：多个导电环连接在一起，等效于电感，可以抑制低频段的电磁波透过；间隔设置的导电环与导电片等效于LC电路，等效LC电路谐振频率外的高频段电磁波被抑制，而在等效LC电路谐振频率附近的电磁波具有良好的透波性。因此，超材料滤波结构在X波段具有良好的透波性能，而在低于和高于X波段的频带具有良好的截止性能。用上述超材料滤波结构制成的天线罩不但可以保证X波段电磁波的高透射率，而且可以有效截止X波段之外的电磁波。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述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 (18)

1.一种超材料滤波结构，其特征在于，所述超材料滤波结构包括：

多个叠层设置的基板(10)；

至少一个导电几何结构层(20)，每个所述导电几何结构层(20)设置在对应的所述基板(10)上，所述导电几何结构层(20)包括多个依次排列的导电单元(21)，所述导电单元(21)包括导电环(211)以及位于所述导电环(211)内侧的导电片(212)，其中，所述导电片(212)与所述导电环(211)间隔设置，多个所述导电环(211)连接设置。

2.根据权利要求1所述的超材料滤波结构，其特征在于，多个所述导电几何结构层(20)上的所述导电单元(21)在叠置方向上的投影至少部分重叠。

3.根据权利要求1或2所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电环(211)的几何中心点与所述导电片(212)的几何中心点重合。

4.根据权利要求1或2所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电环(211)为多边形环，且任意相邻两个彼此连接的所述导电环(211)共边。

5.根据权利要求4所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电环(211)为正四边形环。

6.根据权利要求5所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电几何结构层(20)的多个所述导电单元(21)在所述基板(10)上呈矩形阵列排布。

7.根据权利要求5所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电环(211)的外边缘的边长为L1，所述导电环(211)的外边缘与内边缘之间的距离为H1，其中，4.9mm≤L1≤6mm，0.36mm≤H1≤0.44mm。

8.根据权利要求4所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电环(211)为正六边形环。

9.根据权利要求8所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电几何结构层(20)的多个所述导电单元(21)在所述基板(10)上呈蜂窝状排列设置。

10.根据权利要求8所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电环(211)的外边缘的边长为L3，所述导电环(211)的外边缘与内边缘之间的距离为H4，其中，2.7mm≤L3≤3.3mm，0.31mm≤H4≤0.39mm。

11.根据权利要求1或2所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电片(212)为多边形或者圆形。

12.根据权利要求11所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电片(212)为圆形，所述导电片(212)的直径为D，其中，3.06mm≤D≤3.74mm。

13.根据权利要求11所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电片(212)为正方形。

14.根据权利要求13所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电片(212)的边长为L2，其中，3.6mm≤L2≤4.4mm。

15.根据权利要求1或2所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述导电几何结构层(20)的厚度为H2，其中，0.016mm≤H2≤0.02mm。

16.根据权利要求1或2所述的超材料滤波结构，其特征在于，所述基板(10)的厚度为H3，其中，0.9mm≤H3≤1.1mm。

17.一种天线罩，包括超材料滤波结构，其特征在于，所述超材料滤波结构为权利要求1至16中任一项所述的超材料滤波结构。

18.一种天线***，包括天线和罩设在所述天线上的天线罩，其特征在于，所述天线罩为权利要求17所述的天线罩。