[0001] 本发明涉及电磁吸波材料以及包含它的天线罩 和天线系统。

背景技术

[0002] 传统吸波材料， 尤其是以橡胶为基体， 配比高性能吸收剂的吸波贴片材料， 通 过较高的磁导率和磁损耗实现电磁吸收和电磁 隔离。 但伴随着高磁导率和高磁 损耗， 吸波材料的介电常数也比较高， 在^ S频段的相对介电常数通常在 15以 上。

技术问题

[0003] 在这种情况下， 电磁波在吸波材料表面的反射比较严重， 不利于对电磁波的吸 收。 尤其在大角度入射的条件下， 反射更加严重。

问题的解决方案

技术解决方案

[0004] 本发明的目的在于提供一种吸波超材料、 天线罩和天线系统， 其能实现垂直入 射和大角度入射条件下反射率的降低。

[0005] 一种吸波超材料包括磁性电磁吸波材料层以及 与磁性电磁吸波材料层相结合的 导电几何结构层； 所述导电几何结构层由依次排布的多个导电几 何结构单元组 成， 每个所述导电几何结构单元包括非封闭的环状 导电几何结构， 所述环状导 电几何结构的幵口处设置有相对平行的两个条 形结构。

[0006] 在-一实施例中， 所述环状导电几何结构设置有一个以上的所述 幵口。

[0007] 在-一实施例中， 所述环状导电几何结构呈圆形、 椭圆形、 三角形或多边形。

[0008] 在-一实施例中， 磁性电磁吸波材料层介电常数为 5-30， 磁导率为 1-7。

[0009] 在-一实施例中， 导电几何结构单元呈周期阵列排布。

[0010] 在-一实施例中， 所述磁性电磁吸波材料层的表面还设置有金属 背板。

[0011] 在-一实施例中， 所述磁性电磁吸波材料层是吸波贴片材料。

[0012] 在-一实施例中， 所述导电几何结构单元附着于所述磁性电磁吸 波材料层或者嵌 入在所述磁性电磁吸波材料层中。

[0013] 在一实施例中， 所述磁性电磁吸波材料层包括基体以及结合于 所述基体的吸收 剂。

[0014] 在一实施例中， 所述导电几何结构单元是具有外接圆的形状， 所述外接圆的直 径为工作频段自由空间电磁波长的 1/20-1/5。

[0015] 在一实施例中， 所述吸波超材料的工作频率在 0.8-2.7GHZ频率段内， 所述导电 几何结构单元的厚度大于对应所述工作频率段 的所述导电几何结构单元的趋肤 深度。

[0016] 在一实施例中， 所述吸波超材料的工作频率在 0.8-2.7GHZ频率段内， 所述金属 背板的厚度大于对应所述工作频率段的所述金 属背板的趋肤深度。

[0017] 在一实施例中， 所述环状导电几何结构及条形结构的线宽均为 W， 0.1mm≤W<

[0018] 在一实施例中， 所述环状导电几何结构及条形结构的厚度均为 H， 0.005mm≤H ≤0.05mm。

[0019] 一种天线罩包括任一所述的吸波超材料。

[0020] 一种天线系统包括任一所述的吸波超材料。

[0021] 根据本发明的吸波超材料， 其结构中的导电几何结构层可以将吸波超材料 所需 工作频率内的电磁波进行集中吸收， 便于下面设置的磁性电磁吸波材料层吸收 ， 因此本发明可解决传统吸波材料表面反射的问 题， 减少吸波材料表面反射， 降低反射率， 尤其是可有效降低电磁波垂直入射吸波材料吋 的反射， 还可有效 降低大角度入射吋材料的反射率， 增强吸收效果。 由于吸波效果的增强， 此发 明可以在更加轻薄的条件下实现与原有传统技 术等效的吸波效果， 即在更低面 密度的条件下实现与传统材料等效的吸收效果 。

发明的有益效果

有益效果

[0022] 在本发明的实施例中， 另增加的金属背板会将吸收的电磁波反射到磁 性吸波材 料层进行二次吸收， 达到更佳的吸波效果。

对附图的简要说明 附图说明

[0023] 本发明的上述的以及其他的特征、 性质和优势将通过下面结合附图和实施例的 描述而变得更加明显， 其中：

[0024] 图 1为本发明实施例 1中的电磁吸波超材料的一个单元的示意图；

[0025] 图 2为本发明实施例 1中的电磁吸波超材料的多个单元的排布规律� �示意图；

[0026] 图 3为本发明实施例 1中的电磁吸波超材料在 TE模式下的反射率曲线图；

[0027] 图 4为本发明实施例 1中的电磁吸波超材料在 TM模式下的反射率曲线图；

[0028] 图 5为本发明实施例 2中的电磁吸波超材料的多个单元的排布规律� �示意图；

[0029] 图 6为本发明实施例 2中的电磁吸波超材料在 TE模式下的反射率曲线图；

[0030] 图 7为本发明实施例 2中的电磁吸波超材料在 TM模式下的反射率曲线图；

[0031] 图 8为本发明实施例 3中的电磁吸波超材料的多个单元的排布规律� �示意图；

[0032] 图 9为本发明实施例 3中的电磁吸波超材料在 TE模式下的反射率曲线图；

[0033] 图 10为本发明实施例 3中的电磁吸波超材料在 TM模式下的反射率曲线图；

[0034] 图 11为本发明实施例 4中的电磁吸波超材料在 TE模式下的反射率曲线图；

[0035] 图 12为本发明实施例 4中的电磁吸波超材料在 TM模式下的反射率曲线图。

本发明的实施方式

[0036] 下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步 说明， 在以下的描述中阐述了更 多的细节以便于充分理解本发明， 但是本发明显然能够以多种不同于此描述的 其它方式来实施， 本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情 况下根据实际 应用情况作类似推广、 演绎， 因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的 保 护范围。

[0037] 在所述实施例中， 网格是以导电几何结构单元的中心为节点， 相邻节点间连线 形成， 其用于描述导电几何结构单元的排布规律。

[0038] 实施例 1

[0039] 如图 1所示， 吸波超材料包括磁性电磁吸波材料层 2以及与磁性电磁吸波材料层 2相结合的导电几何结构单元 1。 磁性电磁吸波材料层 2可以是以橡胶为基体结合 电磁波吸收剂， 电磁波吸收剂可以是颗粒铁氧体或者微米 /亚微米金属颗粒吸收 剂或者磁性纤维吸收剂或者纳米磁性吸收剂， 其可以通过惨杂或者配比的方式 结合于橡胶基体中。 磁性电磁吸波材料层 2可以是吸波贴片材料， 具有较小的厚 度并能自动化生产。 磁性电磁吸波材料层 2的厚度和电磁参数可以根据吸波超材 料的工作频段来设定， 工作频率段为 0.8-2.7GHz， 磁性电磁吸波材料层 2的介电 常数为 5-30， 磁导率为 1-7， 此吋垂直入射反射率 R<-ldB@ lGHz， R<-3dB@2GH z。 导电几何结构单元 1呈两个幵口的圆形， 在幵口处设置有平行的金属条带 10。 如图 2所示， 导电几何结构单元 1的排布规律为成周期规律， 周期规律表现为平 面内相互垂直的两个方向周期性排布， 以方形网格形式延伸， 但排布规律不限 于此， 可以是错位排布或者无序排布或者不均匀排布 。 在磁性电磁吸波材料层 2 的背侧还设置有金属背板 3。 金属背板 3是选择性设置的， 在一些应用场合， 可 以省略金属背板 3。 导电几何结构单元 1的材料可以是铜、 银、 金。 导电几何结 构单元 1的厚度大于工作频率段的趋肤深度。 导电几何结构单元 1及其金属条带 1 0的线宽均为 W， 厚度均为 H， 其可以设置成 0.1mm≤W≤lmm，

0.005mm≤H≤0.05mm， 在该尺寸范围内的导电几何结构单元 1具有良好的吸波效 果。 导电几何结构单元 1是具有外接圆的形状， 其外接圆的直径可以设定成工作 频段自由空间电磁波长的 1/20~1/5。 导电几何结构单元 1的外接圆即为其本身限 定的圆形。 在其他实施例中， 外接圆可以是由最外侧的端点限定的圆。 金属背 板 3的厚度可以设置成大于对应工作频段的趋肤� �度。 趋肤深度是当频率很高的 电流通过导体吋， 可以认为电流只在导体表面上很薄的一层中流 过， 所述很薄 的一层的厚度就是趋肤深度。 当金属背板 3的厚度的设置以趋肤深度为参考， 可 以省略导体中心部分的材料。

[0040] 导电几何结构单元 1可以通过薄膜或者贴片方式固定在磁性电磁� �波材料层 2之 上， 也可以是嵌入到磁性电磁吸波材料层 2中。 磁性电磁吸波材料层 2可以粘接 或者其他方式固定在金属背板 3上。

[0041] TE波为电磁波中的横向波， 如图 3所示， 在 TE模式下的反射率在增加导电几何 结构单元后材料的垂直入射反射率下降， 当导电几何结构单元 1的直径 lm为 3微 米吋， 图 2所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电� �何结构单元的磁性电磁 吸波材料层的反射率要更低。 当导电几何结构单元 1的直径 lm为 3.5微米吋， 吸波 超材料的反射率进一步降低。 当导电几何结构单元的直径 lm为 4微米吋， 吸波超 材料的反射率最低。 图 3所示的工作频率段为 0.8-2.7GHz。

[0042] TM波为电磁波中的纵向波， 如图 4所示， 在 TM模式下的反射率在增加导电几 何结构单元后材料的垂直入射反射率下降， 当导电几何结构单元 1的直径 lm为 3 微米吋， 图 2所示的吸波超材料的反射率相对于没有导电� �何结构单元的磁性电 磁吸波材料层的反射率要更低。 当导电几何结构单元 1的直径 lm为 3.5微米吋， 吸 波超材料的反射率进一步降低。 当导电几何结构单元的直径 lm为 4微米吋， 吸波 超材料的反射率最低。 图 4所示的工作频率段为 0.8-2.7GHz。 值得一提的是， 根 据本发明的实施例不限于特定工作频率， 而可以根据设定的工作频率和所采用 的吸波材料而对应设计电磁微结构。

[0043] 实施例 2

[0044] 本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内 容， 其中采用相同的标号来表示 相同或近似的元件， 并且选择性地省略了相同技术内容的说明。 关于省略部分 的说明可参照前述实施例， 本实施例不再重复赘述。

[0045] 如图 5所示， 与实施例 1不同的是， 导电几何结构单元 4带幵口的八边形， 在幵 口处设置有平行的金属条带 40。 如图 5所示， 导电几何结构单元 4的排布规律为 成周期规律， 周期规律表现为平面内相互垂直的两个方向周 期性排布， 以方形 网格形式延伸， 但排布规律不限于此， 可以是错位排布或者无序排布或者不均 匀排布。 导电几何结构单元 4外接圆的直径可以设定成工作频段自由空间� �磁波 长的 1/20~1/5。

[0046] 如图 6所示， 在 TE模式下的反射率在增加导电几何结构单元后� ��料的垂直入射 反射率下降， 当导电几何结构单元 4的直径 lm为 3微米吋， 图 5所示的吸波超材料 的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性 电磁吸波材料层的反射率要更低

。 当导电几何结构单元 4的直径 lm为 3.5微米吋， 吸波超材料的反射率进一步降低 。 当导电几何结构单元的直径 lm为 4微米吋， 吸波超材料的反射率最低。 图 6所 示的工作频率段为 0.8-2.7GHz。

[0047] 如图 7所示， 在 TM模式下的反射率在增加导电几何结构单元后� ��料的垂直入射 反射率下降， 当导电几何结构单元 4的直径 lm为 3微米吋， 图 5所示的吸波超材料 的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性 电磁吸波材料层的反射率要更低 。 当导电几何结构单元 4的直径 lm为 3.5微米吋， 吸波超材料的反射率进一步降低 。 当导电几何结构单元 4的直径 lm为 4微米吋， 吸波超材料的反射率最低。 图 7所 示的工作频率段为 0.8-2.7GHz。

[0048] 实施例 3

[0049] 本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内 容， 其中采用相同的标号来表示 相同或近似的元件， 并且选择性地省略了相同技术内容的说明。 关于省略部分 的说明可参照前述实施例， 本实施例不再重复赘述。

[0050] 如图 8所示， 与实施例 1不同的是， 导电几何结构单元 5带幵口的四边形， 在幵 口处设置有平行的金属条带 50， 幵口所在的边的中心位移至四边形内。 如图 8所 示， 导电几何结构单元 5的排布规律为成周期规律， 周期规律表现为平面内相互 垂直的两个方向周期性排布， 以方形网格形式延伸， 但排布规律不限于此， 可 以是错位排布或者无序排布或者不均匀排布。 导电几何结构单元 5外接圆的直径 可以设定成工作频段自由空间电磁波长的 1/20~1/5。

[0051] 如图 9所示， 在 TE模式下的反射率在增加导电几何结构单元后� ��料的垂直入射 反射率下降， 当导电几何结构单元 5的直径 lm为 3微米吋， 图 8所示的吸波超材料 的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁性 电磁吸波材料层的反射率要更低

。 当导电几何结构单元 5的直径 lm为 3.5微米吋， 吸波超材料的反射率进一步降低 。 当导电几何结构单元的直径 lm为 4微米吋， 吸波超材料的反射率最低。 图 9所 示的工作频率段为 0.8-2.7GHz。

[0052] 如图 10所示， 在 TM模式下的反射率在增加导电几何结构单元后� ��料的垂直入 射反射率下降， 当导电几何结构单元 5的直径 lm为 3微米吋， 图 8所示的吸波超材 料的反射率相对于没有导电几何结构单元的磁 性电磁吸波材料层的反射率要更 低。 当导电几何结构单元 5的直径 lm为 3.5微米吋， 吸波超材料的反射率进一步降 低。 当导电几何结构单元 5的直径 lm为 4微米吋， 吸波超材料的反射率最低。 图 1 0所示的工作频率段为 0.8-2.7GHz。

[0053] 实施例 4

[0054] 本实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内 容， 其中采用相同的标号来表示 相同或近似的元件， 并且选择性地省略了相同技术内容的说明。 关于省略部分 的说明可参照前述实施例， 本实施例不再重复赘述。

[0055] 本实施例采用实施例 3或者类似于实施例 3的吸波超材料。 如图 11所示， 在 TE模 式下的反射率在增加导电几何结构单元后材料 的大角度入射反射率下降。 当采 用带导电几何结构单元 5的吸波超材料吋， 图 8所示的吸波超材料的反射率相对 于没有导电几何结构单元的磁性电磁吸波材料 层的反射率要更低， 即便在 50度 、 60度、 70度的大角度入射， 反射率也明显下降， 虽然在图中没有示出， 其在 入射角度为 85度吋， 反射率也会下降。

[0056] 如图 12所示， 在 TM模式下的反射率在增加导电几何结构单元后� ��料的大角度 入射反射率下降， 当采用带导电几何结构单元 5的吸波超材料吋， 图 8所示的吸 波超材料的反射率相对于没有导电几何结构单 元的磁性电磁吸波材料层的反射 率要更低， 即便在 50度、 60度、 70度的大角度入射， 反射率也明显下降， 虽然 在图中没有示出， 其在入射角度为 85度吋， 反射率也会下降。

[0057] 在已有技术中， 针对"电磁波在吸波材料表面的反射比较严重� � 不利于对电磁 波的吸收， 尤其在大角度入射的条件下， 反射更加严重 "的情况， 业内通常采取 利用多层吸波材料， 或者在吸波材料中实现有梯度的电磁参数变化 来实现更好 的阻抗匹配， 减少表面反射， 但多层吸波带来产品面密度的上升， 需要更多的 安装空间， 增加生产制备和检测的复杂度， 梯度变化的吸波材料工艺复杂度上 升， 工艺控制难度增加， 通常伴随产品一致性的下降。

[0058] 在前述实施例中， 导电几何结构单元中的环状导电几何结构等效 于电路中的电 感 L， 相对平行的两个条形结构等效于电路中的电容 C， 组合起来就是一个 LC电 路， 图 1等效于两个电感及两个电容串联， 通过调节该导电几何结构单元的尺寸 改变其电磁参数性能， 达到我们所要求的效果， 即可以将吸波超材料所需工作 频率内的电磁波进行集中吸收， 便于下面设置的磁性电磁吸波材料层吸收， 另 增加的金属背板会将吸收的电磁波进行发射到 磁性吸波材料层进行二次吸收。 根据本发明的实施例可以降低吸波材料针对电 磁波垂直入射和大角度入射吋的 反射， 通过针对传统吸波材料的电磁特性， 通过改变电磁超材料的拓扑结构和 排布规律来改变工作频段内自身的电磁参数和 整体等效电磁参数， 从而达到降 低反射率的效果。 并且无需多层吸波材料， 因此可以在更加轻薄的条件下实现 与已有技术等效的吸波效果， 即在更低面密度的条件下实现与传统材料等效 的 吸收效果。

[0059] 本发明的实施例可以但不限于应用于有天线反 射板和天线舱等部位。 例如可应 用的产品包括板状天线、 定向基站天线、 反射器天线等等， 可应用的系统包括 移动通信、 无线覆盖和卫星通信等等。 这些应用可以带来天线性能的提升， 主 要表现为前后比和交叉极化隔离度等指标的提 升和电磁兼容性能的提升。

[0060] 本发明的另一实施例提供一种天线罩， 其包括前述实施例中的吸波超材料。 该 天线罩同样具有前述实施例的优点， 在垂直入射和大角度入射吋其表面具有较 低的反射率。

[0061] 本发明的另一实施例提供一种天线系统， 其包括前述实施例中的吸波超材料。

该天线罩同样具有前述实施例的优点， 在垂直入射和大角度入射吋其表面具有 较低的反射率。

[0062] 本发明虽然以较佳实施例公幵如上， 但其并不是用来限定本发明， 任何本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围内， 都可以做出可能的变动和修改， 例 如导电几何结构单元的不同拓扑结构可对不同 频率段的电磁参数进行调节， 从 而降低整体吸波材料的反射率， 再如导电几何结构单元的排布的周期规律表现 为平面内成一定角度的两个方向周期性排布， 以三角形网格形式延伸； 再如， 还可以在导电几何结构单元之上设置保护材料 ； 导电几何结构包括但不限于金 属微结构或者非金属的可导电的微结构， 可以是圆形、 椭圆形、 三角形或多边 形或者其他形状。 因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技 术实质对以上实施例所作的任何修改、 等同变化及修饰， 均落入本发明权利要 求所界定的保护范围之内。