CN103682653A - 陶瓷基透波材料及其天线罩和天线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及陶瓷基透波材料及其天线罩和天线系统。陶瓷基透波材料包括两层第一陶瓷基板、夹设在两层第一陶瓷基板之间且排布成网格状的多个金属微结构、以及分别覆盖于两层第一陶瓷基板的外表面的两层第二陶瓷基板，且所述第二陶瓷基板不同于所述第一陶瓷基板。本发明采用不同的陶瓷基板制成的透波材料及其天线罩和天线系统在较宽频带内透波效率很高。天线加上天线罩后，天线的辐射能力得到了加强，有效提高了增益。
Description
技术领域
本发明涉及透波技术，更具体地说，涉及陶瓷基透波材料及其天线罩和天线系统。
背景技术
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，改变天线的自由空间能量分布，并在一定程度上影响天线的电气性能。
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，在保护天线免受外部环境影响的条件下不具备增强天线方向性和提高天线增益的功能，透波性能较差。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
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述透波性能较差、工作频段较窄的缺陷，提供陶瓷基透波材料及其天线罩和天线系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种陶瓷基透波材料，包括两层第一陶瓷基板、夹设在两层第一陶瓷基板之间且排布成网格状的多个
金属微结构、以及分别覆盖于两层第一陶瓷基板的外表面的两层第二陶瓷基板，且所述第二陶瓷基板不同于所述第一陶瓷基板。
在本发明所述的陶瓷基透波材料中，相邻的金属微结构之间无间隙，且所述金属微结构为十字形结构。
在本发明所述的陶瓷基透波材料中，所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属线构成。
在本发明所述的陶瓷基透波材料中，所述金属线为直线。
在本发明所述的陶瓷基透波材料中，所述金属线的线宽处处相等，所述金属线的线长为4~8mm，线宽为0.2~0.4mm。
在本发明所述的陶瓷基透波材料中，所述金属线为曲线。
在本发明所述的陶瓷基透波材料中，所述金属线的线宽为0.2~0.4mm，所述金属线的两端点之间的距离为4~8mm。
在本发明所述的陶瓷基透波材料中，所述第一陶瓷基板的介电常数大于所述第二陶瓷基板的介电常数。
本发明还提供一种天线罩，用于罩设在天线上，包括如上所述的陶瓷基透波材料。
本发明还提供一种天线系统，包括天线以及如上所述的天线罩，所述天线罩罩设于天线上。
实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过在陶瓷基板上附着特定形状的金属微结构，得到需要的电磁响应，使得天线罩的透波性能增强，抗干扰能力增加。可以通过调节金属微结构的形状、尺寸，来改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而实现与空气的阻抗匹配，以最大限度的增加入射电磁波的透射，减少了传统天线罩设计时对材料厚度和介电常数的限制。本发明采用不同的陶瓷基板制成的透波材料及其天线罩和天线系统在较宽频带内透波效率很高。天线加上天线罩后，天线的辐射能力得到了加强，有效提高了增益。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是依据本发明一实施例的陶瓷基透波材料的结构侧视图；
图2是图1所示的陶瓷基透波材料的金属层3与两层第一陶瓷基板1的关系示意图；
图3是图2所示的金属微结构30的排布示意图；
图4是图3所示的单个金属微结构的示意图；
图5是依据本发明另一实施例的的单个金属微结构的示意图；
图6是依据本发明一实施例的陶瓷基透波材料的S参数仿真示意图。
具体实施方式
本发明提供一种陶瓷基透波材料，如图1所示，包括两层第一陶瓷基板1、夹设在两层第一陶瓷基板1之间且排布成网格状的多个金属微结构30、以及分别覆盖于两层第一陶瓷基板1的外表面的两层第二陶瓷基板2，且第二陶瓷基板2不同于第一陶瓷基板1。多个金属微结构30构成金属层3。金属微结构30为导电材料制成的具有一定几何图案的平面结构。这里的导电材料，可以是金、银、铜等导电性能良好的金属材料，或者主要成分为金、银、铜中的一种或两种的合金材料，也可以是碳纳米管、掺铝氧化锌、铟锡氧化物等可以导电的非金属材料。本发明中，优选铜或银。这里的基板均由陶瓷制成。
本发明一优选实施例中，第一陶瓷基板1的介电常数大于第二陶瓷基板2的介电常数。第一陶瓷基板1的厚度小于第二陶瓷基板2的厚度。
金属微结构30在两层第一陶瓷基板1之间的排布及具体形状见图2~4所示。相邻的金属微结构30之间无间隙，且金属微结构30为十字形结构。十字形结构是由两条尺寸相同且相互垂直的金属线构成。在图2~4中示出的十字形结构的金属线为直线，金属线的线宽处处相等，金属线的线长为4~8mm，线宽为0.2~0.4mm。
在本发明又一实施例中，十字形结构的金属线为曲线，如图5所示，金属线的线宽处处相等，金属线的线宽为0.2~0.4mm，金属线的两端点A、B之间的距离为4~8mm。本发明的金属微结构30可以是其它的变形结构，只要金属微结构30的拓扑结构与本发明的十字形结构的拓扑结构相一致就可以采用，因此，不限于本发明附图中示例的结构。
可以理解的是，说明书附图中示出的金属微结构30的数目仅为示意，用于说明金属微结构30的排布情况，不作为对本发明的限制。
下面将结合具体实施例来说明本发明的陶瓷基透波材料的应用效果。在一实施例中，金属微结构30为十字形结构，如图4所示，由两条尺寸相同且相互垂直的金属线构成，金属线为直线，长度a=6mm，线宽w=0.3mm。在本发明一实施例中，第一陶瓷基板1的介电常数为4，厚度为0.25mm，第二陶瓷基板2的介电常数为3.5，厚度为3mm。金属微结构30的厚度为0.018mm。上述参数仅为一实例，并不作为对本发明的限制。
两层第一陶瓷基板1和两层第二陶瓷基板2通过填充液态基板原料或者通过组装相互连接在一起。金属微结构30通过蚀刻的方式附着在基板上，当然金属微结构30也可以采用电镀、钻刻、光刻、电子刻或者离子刻等方式附着在基板上。
对具有上述参数的陶瓷基透波材料进行仿真，其S参数仿真图如图8所示。由图6可以看到，在较宽频段7~12GHz内，S21接近于0，S11很小，透波效果很好。在实际应用时，通过调节金属微结构的形状、尺寸，从而可以改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而通带向高频或低频移动，或者改变带宽。
因此，本发明还提供一种天线罩，该天线罩由上文所述的透波材料制成，用于罩设于天线上，对天线起到保护作用的同时，还能够保证天线在工作频段正常工作。
需要说明的是，天线罩的形状可以为与附图中的陶瓷基透波材料形状相同的平板状，也可以根据实际需求来设计天线罩的形状，比如设计成圆球状或者与天线形状匹配的形状（共形的天线罩）等，也不排除使用多个平板状结构拼接成需要的形状，本发明对此不作限制。
本发明还提供一种天线系统，包括天线，以及如上文所述的天线罩，天线罩罩设于天线上。天线包括辐射源、馈电单元等，具体构成可参阅相关技术资料，本发明对此不作限制。天线可以是例如但不限于平板天线、微波天线、雷达天线等。
本发明采用不同的陶瓷基板制成的透波材料及其天线罩和天线系统在较宽频带内透波效率很高。天线加上天线罩后，天线的辐射能力得到了加强，有效提高了增益。在实际应用时，通过调节金属微结构的形状、尺寸，可以改变材料的相对介电常数、折射率和阻抗，从而通带向高频或低频移动，或者改变带宽。
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。
Claims (10)
1.一种陶瓷基透波材料，其特征在于，包括两层第一陶瓷基板、夹设在两层第一陶瓷基板之间且排布成网格状的多个金属微结构、以及分别覆盖于两层第一陶瓷基板的外表面的两层第二陶瓷基板，且所述第二陶瓷基板不同于所述第一陶瓷基板。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基透波材料，其特征在于，相邻的金属微结构之间无间隙，且所述金属微结构为十字形结构。
3.根据权利要求2所述的陶瓷基透波材料，其特征在于，所述十字形结构由两条尺寸相同且垂直平分的金属线构成。
4.根据权利要求3所述的陶瓷基透波材料，其特征在于，所述金属线为直线。
5.根据权利要求4所述的陶瓷基透波材料，其特征在于，所述金属线的线宽处处相等，所述金属线的线长为4~8mm，线宽为0.2~0.4mm。
6.根据权利要求3所述的陶瓷基透波材料，其特征在于，所述金属线为曲线。
7.根据权利要求6所述的陶瓷基透波材料，其特征在于，所述金属线的线宽为0.2~0.4mm，所述金属线的两端点之间的距离为4~8mm。
8.根据权利要求1所述的陶瓷基透波材料，其特征在于，所述第一陶瓷基板的介电常数大于所述第二陶瓷基板的介电常数。
9.一种天线罩，其特征在于，用于罩设在天线上，包括如权利要求1~8任一项所述的陶瓷基透波材料。
10.一种天线系统，其特征在于，包括天线以及如权利要求9所述的天线罩，所述天线罩罩设于天线上。
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