CN102709702B - 超材料的制造方法及由该方法制得的超材料制成的天线罩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超材料的制造方法，其包括以下步骤：提供一排布有多个相互分离的人工微结构的介质基板及两热塑性材料层；将所述两热塑性材料层分别黏结于所述介质基板的两表面，以覆盖所述人工微结构，即形成一体化的超材料。这样，所述人工微结构由所述两热塑性材料层保护起来，避免了外界环境的影响，可让超材料保持稳定的电磁性能，而且由于一体化的超材料具有致密的结构，其机械性能也相当优越。本发明还提供了一种罩设于天线外面以保护天线的天线罩，其是由利用上述方法制得的超材料制成的。

Description

超材料的制造方法及由该方法制得的超材料制成的天线罩

技术领域

本发明涉及超材料，更具体地说，涉及一种超材料的制造方法以及由超材料制成的天线罩。

背景技术

超材料是一种具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构材料。当前，人们是在介质基板上周期性地排列具有一定几何形状的人工微结构来形成超材料。由于人们可以利用人工微结构的几何形状和尺寸以及排布方式来改变超材料空间各点的介电常数和/或磁导率，使其产生预期的电磁响应，因此人们展望，未来超材料在各个领域会有广泛的应用前景，并积极投入研发。

目前，人们已经开展了超材料作为透波材料的应用研究，特别是在用超材料来制作天线罩方面。我们知道，天线罩是用来保护天线的，使其免受外界恶劣环境的影响。因此，天线罩不仅应具有良好的透波性能，其还应具有耐酸、耐高温、抗腐蚀、抗压等机械性能。特别是对于安装于高速飞行器上的天线罩来说，随着飞行器的飞行马赫数不断提高，其对天线罩的机械性能提出了越来越高的要求。这样，用于制作天线罩的超材料也应具有良好的机械性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种制造具有良好的机械性能的超材料的方法及利用该方法制得的超材料制成的天线罩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超材料的制造方法，包括以下步骤：

提供一排布有多个相互分离的人工微结构的介质基板及两热塑性材料层；

将所述两热塑性材料层分别黏结于所述介质基板的两表面，以覆盖所述人工微结构，即形成一体化的超材料。

优选地，在将所述两热塑性材料层黏结于所述介质基板的两表面之前，还包括对所述介质基板及所述两热塑性材料层的表面进行表面处理的步骤，以增加它们之间的黏结性。

优选地，在将所述两热塑性材料层分别黏结于所述介质基板的两表面的步骤中包括：对所述两热塑性材料层进行加热，且加热温度低于用于制造所述两热塑性材料层的材料的玻璃化温度；将所述两热塑性材料层分别覆盖于所述介质基板的两表面并加压，防止所述两热塑性材料层变形；对所述两热塑性材料层进行冷却固化。

优选地，用于制造所述两热塑性材料层的材料与用于制造所述介质基板的材料具有较好的相容性。

优选地，用于制造所述两热塑性材料层的材料和用于制造所述介质基板的材料具有较低的介电常数。

优选地，所述介质基板是由陶瓷或聚合物制成。

优选地，所述介质基板是环氧玻璃布基板。

优选地，所述介质基板上附着的人工微结构是通过以下方法形成的：在所述介质基板的一个表面上敷金属箔；对所述金属箔进行加工处理以形成多个相互分离的金属微结构。

一种超材料的制造方法，包括以下步骤：

提供多个人工微结构和两热塑性材料层；

将所述两热塑性材料层黏结在一起，以将所述人工微结构夹置于所述两热塑性材料层之间，从而形成一体化的超材料。

优选地，所述人工微结构通过以下方法排列于一个所述热塑性材料层的内表面上：在所述热塑性材料层的一个表面上敷铜箔；对所述铜箔进行蚀刻处理以形成多个相互分离的所述人工微结构。

优选地，所述两热塑性材料层由ABS制成。

一种天线罩，用于罩设天线以保护天线，所述天线罩是由超材料制成的，所述超材料包括两黏结在一起的热塑性材料层及设置于所述两热塑性材料层之间的多个相互分离的人工微结构。

本发明的超材料的制造方法及利用该方法制得的超材料制成的天线罩具有以下有益效果：由于所述超材料的人工微结构由所述两热塑性材料层保护起来，不仅可避免所述人工微结构受外界影响而剥离脱落和磨损，使所述超材料的电磁稳定性变差，而且所述超材料的各层紧密地黏合在一起，形成一体化的稳定结构，亦具有良好的抗压等机械性能。

附图说明

下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明的超材料制造方法的第一实施例的流程图；

图2是利用图1中的方法制得的超材料的结构分解示意图；

图3是本发明的超材料制造方法的第二实施例的第一流程图；

图4是本发明的超材料制造方法的第二实施例的第二流程图；

图5是本发明的超材料制造方法的第三实施例的流程图；

图6是利用图5中的方法制得的超材料的结构分解示意图；

图7是本发明的由超材料制成的天线罩的结构示意图。

图中各标号对应的名称为：

10介质基板、12、40人工微结构、14超材料单元、20、50热塑性材料层、30、60超材料、70天线罩、80发射源

具体实施方式

如图1和图2所示，为本发明的第一实施例的超材料制造方法及利用该方法制得的超材料，该方法包括以下步骤：

步骤101：提供一排布有多个相互分离的人工微结构12的介质基板10及两热塑性材料层20。

步骤103：将所述两热塑性材料层20分别黏结于所述介质基板10的两表面，而让所述人工微结构12置于所述两热塑性材料层20之间，即形成一体化的超材料30。

一般，我们将每个人工微结构12及其所在的介质基板10部分人为定义为一个超材料单元14，每个超材料单元14的几何尺寸小于所需响应的电磁波波长的五分之一，优选为十分之一。可见，所述人工微结构12的几何尺寸应与所述超材料单元14的几何尺寸属于同一数量级。为了使得电磁波穿过超材料时反射小、透射多也即损耗小，我们可先在电脑仿真软件如CST上根据需要响应的电磁波的波长来不断调节所述人工微结构12的几何形状和尺寸，并分别测量具有各种人工微结构12的超材料单元14对电磁波的反射和透射，选出对电磁波反射小、透射多的人工微结构12，并据此制得所需电磁性能的超材料30。所述人造微结构12可以是开设于所述超材料单元14上的小孔，也可以是由金属丝如铜丝或银丝构成的图案。图中所示的人工微结构12是由铜丝构成的“工”字形。

由于所述超材料30的人工微结构12被覆盖于所述介质基板10的热塑性材料层20保护起来，且所述超材料30具有一体化的致密结构，这样，不仅可保证所述超材料30的稳定电磁性能，而且所述超材料30亦具有良好的机械性能。

如图3所示，为本发明的第二实施例的超材料制造方法，该方法包括以下步骤：

步骤201：提供一排布有多个相互分离的人工微结构12的介质基板10。所述介质基板10可由陶瓷或高分子聚合物制成。所述介质基板10上附着的人工微结构12是通过以下方法形成的：在所述介质基板10的一个表面上敷金属箔；对所述金属箔进行加工处理以形成多个相互分离的金属微结构，也即人工微结构12。本实施例中，所述介质基板10是硬质的FR-4环氧玻璃布基板，所述金属箔是铜箔，并通过蚀刻的方式在所述介质基板10上形成所述多个相互分离的金属微结构。在其他的实施例中，所述介质基板10也可以是由具有较低的介电常数的薄型抗压增强树脂制成，这样可提高超材料的抗压等机械性能。

步骤203：提供两热塑性材料层20。用于制造所述两热塑性材料层20的材料与用于制造所述介质基板10的材料应具有较好的相容性。为了获得对电磁波反射小的超材料，我们可让用于制造所述介质基板10的材料和用于制造所述两热塑性材料层20的材料具有较低的介电常数，以与空气的阻抗进行匹配。

步骤205：对所述介质基板10及所述两热塑性材料层20的表面进行表面处理，以增加它们之间的黏结性。比如对其表面进行清洁除尘处理等。

步骤207：将所述两热塑性材料层20分别黏结于所述介质基板10的两表面，以覆盖所述人工微结构12，即形成一体化的超材料30。如图4所示，步骤207包括以下子步骤：

子步骤2071：对所述两热塑性材料层20进行加热，且加热温度低于用于制造所述两热塑性材料层20的材料的玻璃化温度，需要的话，可在所述介质基板10和所述两热塑性材料层20的表面涂敷粘结剂；子步骤2073：将所述两热塑性材料层20分别覆盖于所述介质基板10的两表面并加压。但要注意：所加压力应以不使所述两热塑性材料层20产生变形为准，如果所述两热塑性材料层20不需要外力就可以很好地黏结于所述介质基板10，可不使用压力；子步骤2075：对所述两热塑性材料层20进行冷却固化。

从而使所述两热塑性材料层20覆盖于所述介质基板10的两表面，将所述人工微结构12保护起来，并形成一体化的超材料30。所述超材料30包括一排布有多个相互分离的人工微结构12的介质基板10及两分别黏结于所述介质基板10的两表面的热塑性材料层20。

这样，不仅可避免所述人工微结构12由于受外界潮湿、碰撞的影响而剥离脱落和磨损，让所述超材料30保持稳定的电磁性能，而且所述超材料30的各层紧密地黏合在一起，形成一体化的结构，具有良好的抗压等机械性能。

如图4和图5所示，为本发明的第三实施例的超材料制造方法，该方法包括以下步骤：

步骤301：提供多个相互分离的人工微结构40及两热塑性材料层50。

步骤303：将所述两热塑性材料层50黏结在一起，以将所述人工微结构40夹置于所述两热塑性材料层50之间，从而形成一体化的超材料60。

具体实施时，所述多个相互分离的人工微结构40可通过以下的方式事先形成于任一热塑性材料层50上：在热塑性材料层50的一个表面上敷铜箔；对铜箔进行蚀刻处理而形成多个相互分离的金属微结构，也即人工微结构40。然后对所述两热塑性材料层50进行清洁处理，并将它们黏结在一起。需要的话，可在所述两热塑性材料层50的表面涂敷粘结剂。所述两热塑性材料层50可由丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(ABS)制成，也可由其他聚合物制成。

由上可知，利用本发明的超材料制造方法的第三实施例制得的超材料60包括两黏结在一起的热塑性材料层50和置于所述两热塑性材料层50之间的多个相互分离地排列的人工微结构40。

请参考图6，为本发明的天线罩70，用于保护天线，如图中的发射源80。所述天线罩70由利用以上的方法制得的超材料制成。需要所述天线罩70的抗压性好时，可采用由本发明的超材料制造方法的第一和第二实施例制得的超材料来制造天线罩，也即在热塑性材料层之间设置一硬质的介质基板，如硬质的FR-4环氧玻璃布基板，让人工微结构附着于所述介质基板上。这样，由所述超材料制成的天线罩不仅可保持稳定的电磁性能，而且可抵御如潮湿、酸雨、高温、高压等恶劣外界环境的不良影响。图6中所示的天线罩70呈弯曲形状，其是通过热压平板型超材料而形成的。另外，也可使用软性的介质基板来制得可弯曲的超材料或者将多块平板型超材料拼接在一起，从而形成各种形状的天线罩70，而且根据所述天线罩70需要承重的情况，可将多片超材料叠加在一起来增强天线罩70的机械强度，使其更坚固耐用。当然，同时也要考虑所述天线罩70的厚度增加以后对电磁波的损耗等影响。

以上所述仅是本发明的若干具体实施方式和/或实施例，不应当构成对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以做出若干改进和润饰，而这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超材料的制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

提供一排布有多个相互分离的人工微结构的介质基板及两热塑性材料层，用于制造所述两热塑性材料层的材料与用于制造所述介质基板的材料具有较好的相容性并具有较低的介电常数；

将所述两热塑性材料层分别黏结于所述介质基板的两表面，以覆盖所述人工微结构，即形成一体化的超材料，其中在将所述两热塑性材料层分别黏结于所述介质基板的两表面的步骤中包括：对所述两热塑性材料层进行加热，且加热温度低于用于制造所述两热塑性材料层的材料的玻璃化温度；将所述两热塑性材料层分别覆盖于所述介质基板的两表面并加压，且所加压力以不使所述两热塑性材料层发生变形为准；对所述两热塑性材料层进行冷却固化。

2.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，在将所述两热塑性材料层黏结于所述介质基板的两表面之前，还包括对所述介质基板及所述两热塑性材料层的表面进行表面处理的步骤，以增加它们之间的黏结性。

3.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，所述介质基板是由陶瓷或聚合物制成。

4.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，所述介质基板是环氧玻璃布基板。

5.根据权利要求1所述的超材料的制造方法，其特征在于，所述介质基板上附着的人工微结构是通过以下方法形成的：在所述介质基板的一个表面上敷金属箔；对所述金属箔进行加工处理以形成多个相互分离的金属微结构。

6.一种天线罩，用于罩设天线以保护天线，其特征在于，所述天线罩是由利用权利要求1至5中任意一项的方法制得的超材料制成的。