CN104347936A - 立体天线的制备方法、立体天线及天线系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立体天线的制备方法、立体天线及天线系统，该制备方法包括以下步骤：首先，制作与所述立体天线相同三维几何形状的胚体；其次，在所述胚体的内表面和/或外表面上形成导电层。根据本发明的技术方案，由于立体天线包括至少一个具有三维几何形状的胚体，该胚体的导电外表面均可作为辐射表面，可以有效的改善天线辐射水平面不圆度。此外，由于采用复合材料附着导电层的方式制备天线，相比纯金属制成的天线而言，本发明提供的立体天线的机械性能更好，例如更轻、机械强度更好。

Description

立体天线的制备方法、立体天线及天线系统

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其是涉及一种立体天线的制备方法、立体天线及天线系统。

背景技术

天线是一种变换器，它把传输线上传播的电流，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换，因此是在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。

目前，现有的天线通常都是平板状的天线，其制备方法是采用PCB工艺在PCB板上利用蚀刻等工艺形成一定形状的金属片，以此作为辐射片。平板状的天线辐射性能受限于平板状的外形，不利于电磁波各个方向的均匀辐射，从而影响了通信的质量和效率。因此，有必要针对现有技术中存在的上述缺陷进行改进。另外，传统的PCB板制成的天线都不是一体成型的，导致抗振性能差、移动时可能分离的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的是提供一种立体天线的制备方法、立体天线及天线系统。

为了实现上述目的，提供一种立体天线的制备方法，该制备方法包括以下步骤：首先，制作与所述立体天线相同三维几何形状的胚体；其次，在所述胚体的内表面和/或外表面上形成导电层。

优选地，所述胚体为复合材料。

优选地，所述复合材料是泡沫、蜂窝、高分子材料、预浸料、增强纤维中的一种或多种。

优选地，所述胚体采用高分子材料时，所述胚体通过注塑成型工艺成形。

优选地，所述胚体采用预浸料时，所述胚体通过如下步骤制成：在模具上层铺设所述预浸料，最后热固成型。

优选地，铺设所述预浸料后再铺设有蜂窝或泡沫或增强纤维。

优选地，所述胚体为中空结构。

优选地，所述复合材料为不导电材料。

优选地，所述导电层为金属层。

优选地，通过电镀工艺在所述复合材料的表面上形成所述导电层。

优选地，通过粘贴工艺在所述复合材料的表面上形成所述导电层。

优选地，在形成所述导电层之前，还包括步骤：将所述复合材料的外表面打磨光滑。

优选地，所述胚体上还连接有支撑部件，所述支撑部件与所述胚体为整体结构，采用一体成型工艺制成。

优选地，在形成所述导电层之后，在所述导电层外侧设置外壳，并在所述导电层和所述外壳之间设置填充材料。

优选地，所述填充材料为吸波材料。

优选地，所述填充材料为增强材料。

优选地，在所述胚体的内表面和/或外表面上形成导电层后，还在所述导电层表面覆盖上复合材料。

优选地，述三维几何形状为多面体或旋转体。

本发明还涉及一种立体天线，由上述的制备方法制成。

优选地，所述立体天线还包括设置在所述胚体上的馈电结构。

优选地，所述立体天线还包括罩在所述胚体外地保护壳。

本发明还涉及一种天线系统，包括上述的立体天线。

优选地，所述天线系统为飞行器或交通车辆。

根据本发明的技术方案，由于立体天线包括至少一个具有三维几何形状的胚体，该胚体的导电外表面均可作为辐射表面，可以有效的改善天线辐射水平面不圆度。此外，由于采用复合材料附着导电层的方式制备天线，相比纯金属制成的天线而言，本发明提供的立体天线的机械性能更好，例如更轻、机械强度更好。同时采用一体成型工艺制得的天线组件，整体结构性好，不易开裂，具有较好的抗振性能。具有该立体天线的天线系统也因此能保持天线良好的机械强度和抗震性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的立体天线的结构示意图；

图2是根据本发明另一实施例的立体天线的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的立体天线运行时的驻波比-频率变化图。

具体实施方式

需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明的各个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发明。

本发明提供了前述立体天线的制备方法，该立体天线的制备方法不同于现有的平板状天线的制备方法，其通过如下方式制得：

首先，制作与立体天线相同三维几何形状的胚体。三维几何形状为多面体或旋转体。

该胚体为复合材料。该复合材料为不导电材料即可，例如可以是泡沫、高分子材料、预浸料、增强纤维、蜂窝材料中的一种或多种材料的混合物。

整个胚体优选为一体成型的整体结构，可以提高结构稳定性。当胚体采用预浸料时，通过如下步骤制成：在模具上层铺设预浸料，然后真空袋抽真空，最后烘箱热固成型。因此，不需要采用传统的螺钉固定方式，产品的机械性能更好。胚体采用高分子材料时，可以通过注塑成型工艺成形。

胚体优选为中空结构，其中填充泡沫或蜂窝材料。胚体可以为整体结构，采用一体成型工艺制成。采用这种中空的结构，能够大大降低立体天线的重量。

然后，将复合材料的外表面打磨光滑。若采用的复合材料的外表面本来就很光滑，则不需要这一步骤。

最后，在胚体的内表面或外表面上形成导电层。导电层为金属层，例如铜箔、银箔等。采用电镀、溅射、贴膜、喷涂、粘接等方式将金属附着于复合材料的外表面上，在该复合材料的外表面上形成了金属层，从而形成立体天线。其中，电镀工艺和粘贴工艺是首选工艺。导电层外还可再涂覆或粘接或其他方式覆盖上一层上述的复合材料，对导电层进行保护。

并且，立体天线还可以包括具有保护作用的外壳。因此，在导电层外侧可设置所述外壳，并在外壳与导电层之间的空隙中设置填充材料，从而增强立体天线的整体机械性能。该填充材料可以是电磁损耗材料，即对电磁波的能量反射率低于50%的材料；也可以为增强材料，例如蜂窝材料、泡沫等。

图1是根据本发明实施例的立体天线的结构示意图。该立体天线包括支撑部件10、第一辐射体20、第二辐射体30和连接部分40，四者共同构成了上述胚体，且每个天线组件均具有各自的三维几何形状。两个辐射体20、30表面上即覆盖有导电层。并且，这些部分之间相互连接，共同构成了立体天线的整体。

其中，支撑部件10位于该立体天线的底部，故而能够为该立体天线的其它部件提供支撑。支撑部件10同时也与地面电连接，是该立体天线的接地端。支撑部件可以是板状结构，尤其是薄板，其形状可以是矩形、圆形或椭圆形等规则或不规则的形状。

第一辐射体20和第二辐射体30作为该立体天线的主要辐射体部分。如图1所示，第一辐射体20位于立体天线的一侧，其下端连接至支撑部件10，从而第一辐射体20由支撑部件10所支撑并与之电连接。

第一辐射体20优选为柱体结构，尤其是细长的柱体结构。当然，第一辐射体20也可以采用圆锥体和长方体等规则形状，或者也可以根据实际需要或制备工艺的需要构成为各种不规则的形状。第一辐射体20最好具有足够的高度，以增加整个立体天线的高度，从而有利于改善该立体天线的辐射效果。

又回到图1，第二辐射体30位于立体天线的另一侧，其下端也连接至支撑部件10，从而第二辐射体30同样由支撑部件10所支撑并与之电连接。

第二辐射体30整体上为圆锥体形状，其上部为圆柱体，下部为倒置的圆锥体形状，该圆锥体的最大径部分的直径与该圆柱体的直径相同。当然，第二辐射体30也可以采用纯粹的圆锥体形状，或者采用圆锥台的形状。第二辐射体30还可以采用圆柱体和长方体等规则形状，还可以由一个或多个彼此电连接的柱体、锥体或锥台构成。

连接部分40用于连接第一辐射体20和第二辐射体30，使得两者之间实现电连接。连接部分40可以采用细长的圆柱体结构，当然也可以采用圆柱体等其它结构。

由此，支撑部件10、第一辐射体20、第二辐射体30和连接部分40作为各个天线组件，共同构成了立体天线，这些天线组件的外表面均可以作为辐射表面，从而可以有效地扩展天线辐射的方向，克服了现有技术中平板状天线的缺陷，有利于提高通信的质量和效率。

图2是根据本发明另一实施例的立体天线的结构示意图，与图1所示实施例不同之处在于，第一辐射体20的柱体由上下重叠且电连接的多个柱段21构成；第二辐射体为复合形状的结构，其上部为圆柱体31，下部为圆锥体32，圆锥体32的最大直径与圆柱体31的直径相同，且该圆柱体由上下重叠且电连接的多个圆柱段构成，该圆锥体由上下重叠且电连接的多个锥段构成。

实际上，本发明提供的立体天线可以包括多个具有三维几何形状的天线组件，该多个天线组件组合在一起，构成立体天线的整体。对立体天线的每个天线组件而言，其三维几何形状可以是圆柱体、圆锥体、长方体等规则形状，也可以是各种规则三维几何形状的组合，或者是各种不规则的三维几何形状。

另外，本发明提供的立体天线也可以不是多个天线组件的组合，而是仅有一个具有三维几何形状的结构，例如圆柱体、圆锥体、长方体等，也可以是各种不规则的形状构成的三维几何形状的结构。天线组件优选具有流线型的表面，能够有效降低风阻。

图3是根据本发明实施例的立体天线运行时的驻波比-频率变化图，其中横坐标为频率（MHz），纵坐标为驻波比。图1所示的立体天线，经过上述制备方法制得以后，进行仿真试验。如图3所示，该立体天线在100赫兹至400赫兹的较大频率范围内，均能够保证驻波比小于3，符合了实际需求。

尤其是，图3中示出了1至4个代表性的点，其中，驻波比最高的第1点的数值为2.8321，对应的频率为100赫兹，驻波比最低的第4点的数值为1.5313，对应的频率为400赫兹。

下面的表1示出了该立体天线的增益和效率仿真试验的结果。

表1

由表1可以看出，在较低频率为108.0至较高频率为400.0的较宽频率范围内，该立体天线的增益在-3.40和7.36之间波动，方向性处于2.00和5.48之间，效率分别在10.9%至78.9%之间以及-9.64和-1.05之间，能够符合实际应用中的客户需求。

最后，本发明还保护一种由上述方法制得的立体天线，该天线还可包括设置在所述胚体上的馈电结构，以及罩在胚体外地保护壳。本发明还保护一种天线系统，包括前述立体天线。天线系统为飞行器或交通车辆或其他对抗震性、机械强度有要求的设备。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (23)

1.一种立体天线的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

首先，制作与所述立体天线相同三维几何形状的胚体；

其次，在所述胚体的内表面和/或外表面上形成导电层。

2.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述胚体为复合材料。

3.根据权利要求2所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述复合材料是泡沫、蜂窝、高分子材料、预浸料、增强纤维中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述胚体采用高分子材料时，所述胚体通过注塑成型工艺成形。

5.根据权利要求3所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述胚体采用预浸料时，所述胚体通过如下步骤制成：在模具上层铺设所述预浸料，最后热固成型。

6.根据权利要求5所述的立体天线的制备方法，其特征在于，铺设所述预浸料后再铺设有蜂窝或泡沫或增强纤维。

7.根据权利要求2所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述胚体为中空结构。

8.根据权利要求2所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述复合材料为不导电材料。

9.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述导电层为金属层。

10.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，通过电镀工艺在所述复合材料的表面上形成所述导电层。

11.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，通过粘贴工艺在所述复合材料的表面上形成所述导电层。

12.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，在形成所述导电层之前，还包括步骤：将所述复合材料的外表面打磨光滑。

13.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述胚体上还连接有支撑部件，所述支撑部件与所述胚体为整体结构，采用一体成型工艺制成。

14.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，在形成所述导电层之后，在所述导电层外侧设置外壳，并在所述导电层和所述外壳之间设置填充材料。

15.根据权利要求14所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述填充材料为吸波材料。

16.根据权利要求14所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述填充材料为增强材料。

17.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，在所述胚体的内表面和/或外表面上形成导电层后，还在所述导电层表面覆盖上复合材料。

18.根据权利要求1所述的立体天线的制备方法，其特征在于，所述三维几何形状为多面体或旋转体。

19.一种立体天线，其特征在于，由权利要求1至18任一项所述的方法制成。

20.根据权利要求19所述的立体天线，其特征在于，所述立体天线还包括设置在所述胚体上的馈电结构。

21.根据权利要求19所述的立体天线，其特征在于，所述立体天线还包括罩在所述胚体外地保护壳。

22.一种天线系统，其特征在于，包括权利要求19所述的立体天线。

23.根据权利要求22所述的天线系统，其特征在于，所述天线系统为飞行器或交通车辆。