CN102134887A - 新型微波透波板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型微波透波板，在第一亚克力板材(1)、第二亚克力板材(2)之间设有夹心层（3），第一亚克力板材、第二亚克力板材通过四周加垫块(6)连接在一起；其制备方法包括以下步骤：步骤1：根据微波透波板力学特性及玻璃幕墙整体厚度的要求，初步确定微波透波板的第一亚克力板材的厚度；步骤2：通过计算初步确定第二亚克力板材及夹心层的厚度；步骤3：运用Ansoft公司的HFSS仿真软件对由步骤1、2制作出的微波透波板进行模型构建、微波仿真，优化出指标满足要求的微波透波板。步骤4：使用矢量网络分析仪、宽带喇叭天线、稳相电缆测试由步骤1、2、3制作出的微波透波板在需求频率内的插入损耗、驻波、单一频点传输相位起伏。

Description

新型微波透波板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种透波板及其制备方法,尤其涉及一种微波透波板及其制备方法。
背景技术
近几年来，由于广电事业的发展，广电中心建筑普遍采用玻璃幕墙。玻璃幕墙能够使建筑物外形美观，但幕墙的微波透射能力差，严重影响了微波天线的传输特性，使电视信号不能正常传输。因此，对于建筑物中安置微波发射天线部分的玻璃幕墙需要用微波透波板取代，而原来微波透波板是采用聚氨酯发泡材料制成，很不适宜与现代玻璃幕墙建筑相协调，故迫切需研究一种新型透波材料来解决微波透波板的宽频带、透明性、良好透波性及与玻璃幕墙颜色保持一致的难题。
发明内容
所要解决的技术问题：
针对以上不足本发明提供了一种即满足高的透波性能、宽的工作频带、良好的力学性能与气候适应性，且在微波透波性的基础上，要有采光特性，并且材料颜色与玻璃幕墙协调一致的新型微波透波板及其制备方法。
技术方案：
一种新型微波透波板包括第一亚克力板材、第二亚克力板材、夹心层；第一亚克力板材、第二亚克力板材通过四周加垫块连接在一起，且在第一亚克力板材、第二亚克力板材之间设有夹心层；夹心层内的气体为常温常压下的空气；第一亚克力板材的外表面为微波输出面，第二亚克力板材的外表面为微波入射面。
所述的第一亚克力板材的厚度为13mm，第二亚克力板材的厚度为3mm、夹心层的厚度为15mm。
所述的新型微波透波板的工作频率0.5GHz-12GHz、插入损耗小于0.7dBm、驻波小于1.8、单一频点传输相位起伏小于100。
一种新型微波透波板的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据微波透波板力学特性及玻璃幕墙整体厚度的要求，初步确定微波透波板的第一亚克力板材的厚度；
先根据客户要求确定第一亚克力板材的长宽尺寸；
按照风压的标准公式                                               ，计算风压
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为空气密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为风速；
再由选取的第一亚克力板材来确定材料的弹性模量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
、泊松比
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、抗拉强度
Figure DEST_PATH_IMAGE014
这几个重要参量，弹性模量
Figure 702978DEST_PATH_IMAGE010
、泊松比
Figure 115505DEST_PATH_IMAGE012
、抗拉强度
Figure 81187DEST_PATH_IMAGE014
的参量由提供的材料说明书中给出；
根据参数，用Nastran2008对模型进行有限元分析、计算出在最大载荷作用下，第一亚克力板材安全系数不小于3时的厚度，并认为不小于此厚度的第一亚克力板材是安全可靠的。
步骤2：通过计算初步确定第二亚克力板材及夹心层的厚度；
第一亚克力板材为第1层介质板、夹心层为第2层介质板、第二亚克力板材为第3层介质板；当在第一亚克力板材外侧加一层板材时，则所加板材为第1层介质板、第一亚克力板材为第2层介质板、夹心层为第3层介质板、第二亚克力板材为第4层介质板；当在第二亚克力板材外侧加一层板材时，则第一亚克力板材为第1层介质板、夹心层为第2层介质板、第二亚克力板材为第3层介质板、所加板材为第4层介质板；以此类推，在多层介质板情况下，此处多层为大于等于3层，每层界面均存在反射，计算多层介质的总反射系数和传输系数可以用矩阵的连乘形式：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
表示入射角，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为第n层介质厚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为第n层介质的损耗正切；
Figure DEST_PATH_IMAGE036
是第n层介质对自由空间的归一化特征阻抗，对于平行极化有：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
；对于垂直极化有：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
；
传输系数和反射系数表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
Figure DEST_PATH_IMAGE044
插入相位移定义为
Figure DEST_PATH_IMAGE046
，其中；
因此，根据插损即传输系数和驻波即反射系数的指标要求及材料的参数，可以计算出第二亚克力板材及夹心层的厚度，此材料的参数为介电常数、正切损耗角；
当存在相移要求时，可根据相移定义式求出相移；
步骤3：运用Ansoft公司的HFSS仿真软件对由步骤1、2制作出的微波透波板进行模型构建、微波仿真，优化出指标满足要求的微波透波板。
步骤4：使用矢量网络分析仪、宽带喇叭天线、稳相电缆测试由步骤1、2、3制作出的微波透波板在需求频率内的插入损耗、驻波、单一频点传输相位起伏。
一种新型微波透波板的制备方法还包括以下此步骤：由玻璃幕墙的颜色确定第一亚克力板材和第二亚克力板材的调制颜色；
根据所需的颜色要求，将所需色粉加入到本色亚克力中进行调制，将调制后的第一亚克力板材和第二亚克力板材与要求色板对比，最终确定调制后的第一亚克力板材和第二亚克力板材的颜色；
所述的第一亚克力板材和第二亚克力板材为在亚克力中加入抗紫外线材料、自熄剂的板材。
有益效果：
本发明运用亚克力材料，通过板材的材料调配、外形结构的设计等，制作出耐候性、耐火性、电性能良好的新型微波透波板。
本发明的微波透波板可以在确保良好的微波传输特性的基础上，保证板材的透明性，同时，微波透波板板材的颜色选择也不再单一，能够根据玻璃幕墙的颜色进行适当调整。这种类型的透波板既满足了微波传输的要求，又有利于建筑物的整体美观。
附图说明
图1是新型微波透波板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地说明。
如图1所示，本新型微波透波板包括第一亚克力板材1、第二亚克力板材2、夹心层3；第一亚克力板材1、第二亚克力板材2通过四周加垫块6连接在一起，且在第一亚克力板材1、第二亚克力板材2之间设有夹心层3；夹心层3内的气体为常温常压下的空气；第一亚克力板材1的外表面为微波输出面5，第二亚克力板材2的外表面为微波入射面4。
新型微波透波板的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：根据微波透波板力学特性及玻璃幕墙整体厚度的要求，初步确定微波透波板的第一亚克力板材1的厚度。
先根据客户要求确定第一亚克力板材1的长宽尺寸，如本设计板材尺寸为2790mm×1780mm。
按照风压的标准公式
Figure 990726DEST_PATH_IMAGE002
，计算风压
Figure 562653DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 66447DEST_PATH_IMAGE006
为空气密度，
Figure 368115DEST_PATH_IMAGE008
为风速。根据用户的要求：如对于12级风速为32m/s，考虑到透波板位于离地面130m高处，将计算风速调整为56m/s，计算得到风压。
再由选取的第一亚克力板材1来确定材料的弹性模量
Figure 866705DEST_PATH_IMAGE010
、泊松比
Figure 988245DEST_PATH_IMAGE012
、抗拉强度
Figure 295729DEST_PATH_IMAGE014
这几个重要参量，透波板的材料性能：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
；；
Figure DEST_PATH_IMAGE056
。弹性模量
Figure 327270DEST_PATH_IMAGE010
、泊松比
Figure 62008DEST_PATH_IMAGE012
、抗拉强度
Figure 608527DEST_PATH_IMAGE014
的参量一般由提供的材料说明书中给出。
根据参数，用Nastran2008对模型进行有限元分析、计算出在最大载荷作用下，第一亚克力板材1安全系数不小于3时的厚度，并认为不小于此厚度的第一亚克力板材1是安全可靠的。
步骤2：通过计算初步确定第二亚克力板材2及夹心层3的厚度。
超宽带微波透波板在电视信号传输中应用广泛，单层的亚克力板材电性能比较差，很难作为微波透波板运用。本设计采用三层平板结构（中间为空气夹心层）形式，这样一方面可以改善亚克力板材的电性能，增加传输信号的带宽；另一方面也可以扩大可运用的入射角范围。
电磁波在介质中的传播可以等效为传输线，第一亚克力板材1为第1层介质板、夹心层3为第2层介质板、第二亚克力板材2为第3层介质板；当在第一亚克力板材1外侧加一层板材时，则所加板材为第1层介质板、第一亚克力板材1为第2层介质板、夹心层3为第3层介质板、第二亚克力板材2为第4层介质板；当在第二亚克力板材2外侧加一层板材时，则第一亚克力板材1为第1层介质板、夹心层3为第2层介质板、第二亚克力板材2为第3层介质板、所加板材为第4层介质板；以此类推，在多层介质板情况下，此处多层为大于等于3层，每层界面均存在反射，计算多层介质的总反射系数和传输系数可以用矩阵的连乘形式：
Figure 516440DEST_PATH_IMAGE016
其中
Figure 464805DEST_PATH_IMAGE018
，，
Figure 463646DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 112933DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 915804DEST_PATH_IMAGE026
，，
Figure 575773DEST_PATH_IMAGE030
表示入射角，
Figure 28751DEST_PATH_IMAGE032
为第n层介质厚度，
Figure 748445DEST_PATH_IMAGE034
为第n层介质的损耗正切。
Figure 995887DEST_PATH_IMAGE036
是第n层介质对自由空间的归一化特征阻抗，对于平行极化有：
Figure 4294DEST_PATH_IMAGE038
；对于垂直极化有：
Figure 57701DEST_PATH_IMAGE040
。
传输系数和反射系数表示为：
Figure 835164DEST_PATH_IMAGE042
Figure 250577DEST_PATH_IMAGE044
插入相位移定义为
Figure 808598DEST_PATH_IMAGE046
，其中
Figure 337799DEST_PATH_IMAGE048
。
因此，根据插损（传输系数）和驻波（反射系数）的指标要求及材料的参数（介电常数、正切损耗角），可以计算出第二亚克力板材2及夹心层3的厚度。
当存在相移要求时，可根据相移定义式
Figure 32086DEST_PATH_IMAGE046
求出相移。
步骤3：运用Ansoft公司的HFSS仿真软件对由步骤1、2制作出的微波透波板进行模型构建、微波仿真，优化出指标满足要求的微波透波板。
步骤4：使用矢量网络分析仪、宽带喇叭天线、稳相电缆测试由步骤1、2、3制作出的微波透波板在需求频率内的插入损耗、驻波、单一频点传输相位起伏。
根据用户要求设计出了工作频率0.5GHz-12GHz、插入损耗小于0.7dBm、驻波小于1.8、单一频点传输相位起伏小于100的颜色与玻璃幕墙一致、透明性的新型微波透波板。其中第一亚克力板材1的厚度优选为13mm，3的厚度优选为3mm、空气层2的厚度优选为15mm。
在有色彩要求时可包括此步骤，由玻璃幕墙的颜色确定亚克力材料的调制颜色。
根据需求透波板的颜色，将所需色粉加入到本色亚克力中进行调制，将调制后的板材与要求色板对比，最终确定调制后的板材颜色。
此外，以往的亚克力板材耐候性、耐火性比较差，本设计还通过亚克力中加入抗紫外线材料、自熄剂来提高板材的耐候性和耐火特性。
虽然本发明已以较佳实施实例公开如上，但它们并不是用来限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。

Claims (6)

1.一种新型微波透波板，其特征在于：包括第一亚克力板材（1）、第二亚克力板材（2）、夹心层（3）；第一亚克力板材（1）、第二亚克力板材(2)通过四周加垫块(6)连接在一起，且在第一亚克力板材(1)、第二亚克力板材(2)之间设有夹心层（3）；夹心层（3）内的气体为常温常压下的空气；第一亚克力板材（1）的外表面为微波输出面（5），第二亚克力板材（2）的外表面为微波入射面（4）。
2.根据权利要求1所述的新型微波透波板，其特征在于：所述的第一亚克力板材（1）的厚度为13mm，第二亚克力板材（3）的厚度为3mm、夹心层（2）的厚度为15mm。
3.根据权利要求1或2所述的新型微波透波板，其特征在于：其工作频率0.5GHz-12GHz、插入损耗小于0.7dBm、驻波小于1.8、单一频点传输相位起伏小于100。
4.一种新型微波透波板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：根据微波透波板力学特性及玻璃幕墙整体厚度的要求，初步确定微波透波板的第一亚克力板材（1）的厚度；
先根据客户要求确定第一亚克力板材（1）的长宽尺寸；
按照风压的标准公式                                                
Figure 2011100041671100001DEST_PATH_IMAGE001
，计算风压
Figure 836203DEST_PATH_IMAGE002
，其中为空气密度，
Figure 978602DEST_PATH_IMAGE004
为风速；
再由选取的第一亚克力板材（1）来确定材料的弹性模量、泊松比
Figure 52868DEST_PATH_IMAGE006
、抗拉强度
Figure DEST_PATH_IMAGE007
这几个重要参量，弹性模量
Figure 659430DEST_PATH_IMAGE005
、泊松比
Figure 590477DEST_PATH_IMAGE006
、抗拉强度
Figure 279560DEST_PATH_IMAGE007
的参量由提供的材料说明书中给出；
根据参数，用Nastran2008对模型进行有限元分析、计算出在最大载荷作用下，第一亚克力板材（1）安全系数不小于3时的厚度，并认为不小于此厚度的第一亚克力板材（1）是安全可靠的；
步骤2：通过计算初步确定第二亚克力板材（2）及夹心层（3）的厚度；
第一亚克力板材（1）为第1层介质板、夹心层（3）为第2层介质板、第二亚克力板材（2）为第3层介质板；当在第一亚克力板材（1）外侧加一层板材时，则所加板材为第（1）层介质板、第一亚克力板材（1）为第2层介质板、夹心层（3）为第3层介质板、第二亚克力板材（2）为第4层介质板；当在第二亚克力板材（2）外侧加一层板材时，则第一亚克力板材（1）为第1层介质板、夹心层（3）为第2层介质板、第二亚克力板材（2）为第3层介质板、所加板材为第4层介质板；以此类推，在多层介质板情况下，此处多层为大于等于3层，每层界面均存在反射，计算多层介质的总反射系数和传输系数可以用矩阵的连乘形式：
Figure 954255DEST_PATH_IMAGE008
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 415323DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，
Figure 782851DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 899842DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
表示入射角，
Figure 112649DEST_PATH_IMAGE016
为第n层介质厚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为第n层介质的损耗正切；
Figure 628556DEST_PATH_IMAGE018
是第n层介质对自由空间的归一化特征阻抗，对于平行极化有：
Figure DEST_PATH_IMAGE019
；对于垂直极化有：
Figure 901406DEST_PATH_IMAGE020
；
传输系数和反射系数表示为： 
Figure DEST_PATH_IMAGE021
插入相位移定义为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，其中
Figure 522191DEST_PATH_IMAGE024
；
因此，根据插损即传输系数和驻波即反射系数的指标要求及材料的参数，可以计算出第二亚克力板材（2）及夹心层（3）的厚度，此材料的参数为介电常数、正切损耗角；
当存在相移要求时，可根据相移定义式
Figure 20169DEST_PATH_IMAGE023
求出相移；
步骤3：运用Ansoft公司的HFSS仿真软件对由步骤1、2制作出的微波透波板进行模型构建、微波仿真，优化出指标满足要求的微波透波板;
步骤4：使用矢量网络分析仪、宽带喇叭天线、稳相电缆测试由步骤1、2、3制作出的微波透波板在需求频率内的插入损耗、驻波、单一频点传输相位起伏。
5.根据权利要求4所述的一种新型微波透波板的制备方法，其特征在于：还包括以下此步骤：由玻璃幕墙的颜色确定第一亚克力板材（1）和第二亚克力板材（2）的调制颜色；
根据所需的颜色要求，将所需色粉加入到本色亚克力中进行调制，将调制后的第一亚克力板材（1）和第二亚克力板材（2）与要求色板对比，最终确定调制后的第一亚克力板材（1）和第二亚克力板材（2）的颜色。
6.根据权利要求4或5所述的一种新型微波透波板的制备方法，其特征在于：所述的第一亚克力板材（1）和第二亚克力板材（2）为在亚克力中加入抗紫外线材料、自熄剂的板材。
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