CN109994837A

CN109994837A - 龙伯透镜的生产方法

Info

Publication number: CN109994837A
Application number: CN201910225149.2A
Authority: CN
Inventors: 郑洪振; 芦永超; 窦英乾
Original assignee: Foshan Eahison Communication Co Ltd
Current assignee: Foshan Eahison Communication Co Ltd
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-07-09
Also published as: WO2020191911A1

Abstract

本发明提供新的龙伯透镜的生产方法，在室温、常压、低成本的条件下即可制造出指标稳定的高性能的龙伯透镜。包括以下步骤：准备半边壳体作为透镜半壳体，在透镜半壳体的内壁表面喷涂粘合剂，将预制的第一种颗粒材料铺覆到透镜半壳体内，用冲头对第一种颗粒材料进行施压，形成第一介质层，在第一介质层的表面喷涂粘合剂，将第二种颗粒材料铺覆到第一介质层的表面并施压，如此类推以制得半边龙伯透镜，再将两件半边龙伯透镜粘合在一起而成为一件龙伯透镜。本发明的龙伯透镜的生产方法具有生产工艺简单、生产成本低、质量轻、透镜特性易于控制、透镜性能指标优良等优点。

Description

龙伯透镜的生产方法

技术领域

本发明涉及通信设备生产领域，更具体地说，涉及龙伯透镜的生产方法。

背景技术

龙伯透镜技术，由RKLuneberg于1944年基于几何光学法提出，用作天线和散射体的应用，主要用于快速扫描系统、卫星通信系统、汽车防撞雷达、雷达反射器。

理论上，用于龙伯透镜的介质材料的介电常数从球心到外径应该是从2到1遵从一定的数学规律连续变化。但自然界里不存在这样理想的介质，所以在实际设计中常用分层设计的离散球壳来代替。

为使龙伯透镜的实际性能接近理论性能，目前已经存在多种龙伯透镜的生产方案，如：

CN201510084764.8一种半球龙伯透镜天线的制作方法；

CN201510065135.0一种开孔结构形式龙伯透镜的生产方法；

CN201610015855.0基于新型介质填充方式的极低剖面柱面龙伯透镜天线；

CN201610393370.5龙伯透镜天线的制造方法；

CN201520112992.7一种龙伯透镜天线。

以上技术方案包括有：钻孔的方法，通过孔洞所占材料体积的比例，控制材料的介电常数，但这种方法钻孔密度和精度不易控制，结构复杂，制造难度高、重量大不适合批量生产。

还包括有逐层发泡的方法，以中间球核为基础，逐层包裹逐层发泡，这是目前最常用的获得阶梯介电常数泡沫材料的一种方法，但无论是物理发泡，还是化学发泡，都需要严格控制温度和压力，通常是在高温和高压下生产，由于发泡材料的导热率很低，会形成发泡不均匀的现象。该工艺技术复杂，需要专用设备，成品率低，成本非常高。

还包括有分层设计的方法，先独立地制作各层，然后再将这些层粘合在一起，但各层分界面明显，电磁材料层间的介电常数的不连续性，会增加透镜的电磁损耗，降低天线的辐射效率。

因此需要对现有的龙伯透镜生产方法进行改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供新的龙伯透镜的生产方法，在室温、常压、低成本的条件下即可制造出指标稳定的高性能的龙伯透镜。

采用以下的技术方案：

龙伯透镜的生产方法，包括以下步骤：

步骤1):准备半边壳体作为透镜半壳体，该透镜半壳体由介电常数尽可能低的材料制成；

步骤2)：在透镜半壳体的内壁表面喷涂粘合剂，将预制的第一种颗粒材料铺覆到透镜半壳体内；

步骤3)：用冲头对第一种颗粒材料进行施压，以令第一种颗粒材料粘附到透镜半壳体的内壁上并由此形成具有一定厚度的层，该层称为第一介质层；

步骤4)：测量此时第一介质层的厚度，厚度达到预设值的话，转步骤5)；厚度未达预设值的话，继续向第一介质层的表面喷涂粘合剂，然后继续用第一种颗粒材料铺覆上去，并用冲头施压，以使第一介质层的厚度达到预设值；

步骤5)在第一介质层的表面喷涂粘合剂，将预制的第二种颗粒材料铺覆到第一介质层的表面；

步骤6)：用冲头对第二种颗粒材料进行施压，以令第二种颗粒材料粘附到第一介质层上并由此形成具有一定厚度的另一层，该层称为第二介质层；

步骤7)：测量此时第二介质层的厚度，厚度达到预设值的话，转步骤8)；厚度未达预设值的话，继续向第二介质层的表面喷涂粘合剂，然后继续用第二种颗粒材料铺覆上去，并用冲头施压，以使第二介质层的厚度达到预设值；

步骤8)：比照步骤5)至步骤7)，类推制作余下各介质层；

步骤9)：在最后的介质层的表面喷涂粘合剂，将预制的最后的颗粒材料填充到最后的介质层的腔内，而后辅以若干次的施压、补喷粘合剂和补填颗粒材料，以使在最后的介质层的腔内形成半边内核；

步骤10)：至此，所述透镜半壳体被完全填充而成为半边龙伯透镜；

步骤11)：重复步骤1)至步骤10)制得另外半边龙伯透镜；

步骤12)：将两件半边龙伯透镜粘合在一起而成为一件龙伯透镜。

本龙伯透镜的生产方法采用的是由外到内、逐层增加预制的颗粒材料的方法。

现有技术方案大多是将不同介电常数的材料先各自制作为半球壳体，再组合成龙伯透镜。由于相邻壳体的介电常数突变，造成电磁波反射，因此这样的龙伯透镜的电磁损耗很大。而本发明的球形龙伯透镜的生产方法其两介质层之间由于颗粒间的相互嵌合，形成有两相复合部位，该两相复合部位的介电常数介于两种颗粒材料各自的介电常数之间，使这样的龙伯透镜其各介质层之间、介质层与半边内核之间的介电常数变化是平缓的，由此可降低龙伯透镜成品的电磁损耗。

本生产方法，所制得的龙伯透镜，其轮廓形状最好是可轴对称地分开的三维形状。譬如：所制得的龙伯透镜可以是圆球形或类圆球形或旋转椭球形或类旋转椭球形或圆柱形等。另外，当所制得的龙伯透镜是圆柱形的情况下，其半边龙伯透镜的轮廓形状可以是圆柱形(沿圆柱形的横向分成对称的两半后的其中一半)，也可以是半圆柱形(沿圆柱形的纵向分成对称的两半后的其中一半)。

本生产方法，介质层的总数量最好在3～20之间。

本生产方法，各介质层以及半边内核所用颗粒材料的结构优选是：在非金属材料中混入颗粒或纤维状的金属导体。

本生产方法，由第一介质层至半边内核，对应的颗粒材料的平均直径最好越来越小。

本生产方法，由第一介质层至半边内核，对应的颗粒材料的介电常数最好越来越大。

本生产方法，由第一介质层至半边内核，对应的颗粒材料的形状可以是立方体状或球状。

本生产方法，在步骤1)至步骤10)期间透镜半壳体最好始终处在一个能稳固透镜半壳体形状的模具内。

本生产方法，各种颗粒材料可以是在透镜半壳体处于旋转状态时用一个固定的拨片拨动颗粒材料进行铺覆的，或者是透镜半壳体处于固定状态时用一个旋转的拨片拨动颗粒材料进行铺覆的，或者是透镜半壳体处于旋转状态时用一个旋转的拨片拨动颗粒材料进行铺覆的。这样可以使得各种颗粒材料均匀地分布开来。

本生产方法，最好每完成一层介质层的制作就更换一个与下一层介质层的预设规格相匹配的冲头。

本发明的龙伯透镜的生产方法具有生产工艺简单、生产成本低、质量轻、透镜特性易于控制、透镜性能指标优良等优点。

附图说明：

图1是实施例1的目标产品的结构示意图；

图2是实施例1的第一介质层与第二介质层相互嵌合的结构原理图；

图3是实施例1的半边龙伯透镜的结构示意图；

图4是实施例2的目标产品的结构示意图。

附图标记说明：10-透镜半壳体；11-第一介质层、12-第二介质层、13-第三介质层；14- 第四介质层；15-第五介质层；16-半边内核。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明内容作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例以制作一个具有5层介质层的球形龙伯透镜为例。这样的龙伯透镜从外到内依次为透镜半壳体10、第一介质层11、第二介质层12、第三介质层13、第四介质层14、第五介质层15和半边内核16。

其加工方法如下：

步骤1)：准备1个半球形的壳体作为透镜半壳体10。

步骤2)：将透镜半壳体10放入到一个半球凹模中，透镜半壳体10的外壁与半球凹模接触，这个半球凹模是用来固定透镜半壳体10并用来承受冲头的作用力的，以此防止透镜半壳体10受力变形。在透镜半壳体10的内壁表面喷涂粘合剂，将预制的第一种颗粒材料倒入到透镜半壳体10内，并用一个沿固定轴线转动的拨片拨动第一种颗粒材料，令第一种颗粒材料均匀地分布在透镜半壳体10内。该拨片上形成有圆弧边作为其工作边，圆弧边所对应的圆心与透镜半壳体10的球心共心。第一种颗粒材料是用于制作第一介质层11的，第二种颗粒材料是用于制作第二介质层12的，如此类推。第六种颗粒材料则是用于制作半边内核16的。本实施例各介质层的颗粒材料以及半边内核16的颗粒材料都是球形的。

步骤3)：冲头是一个带有球面的动作的模具，与此相对，所述半球凹模属于固定的模具。用冲头对第一种颗粒材料进行施压和保压，以令第一种颗粒材料粘附到透镜半壳体10的内壁上并由此形成具有一定厚度的半球壳形的层，该层称为第一介质层11。冲头所施的压力并非是很强的压力，不能导致颗粒材料过分形变。

步骤4)：测量此时第一介质层11的厚度，厚度达到预设值的话，转步骤5)；厚度未达预设值的话，继续向第一介质层11的表面喷涂粘合剂，然后继续用第一种颗粒材料铺覆上去，并用冲头施压，以使第一介质层11的厚度达到预设值。

步骤5)：在第一介质层11的表面喷涂粘合剂，将预制的第二种颗粒材料倒入到透镜半壳体10内，并用拨片拨动第二种颗粒材料，令第二种颗粒材料均匀地分布在第一介质层11 的表面。第二种颗粒材料的直径可以与第一种颗粒材料的直径相等，也可以较小，追求的是第一种颗粒材料与第二种颗粒材料之间相互嵌合的深度越深越好，相互嵌合的均匀度越均匀越好，如图2所示。

步骤6)：用冲头对第二种颗粒材料进行施压，以令第二种颗粒材料粘附到第一介质层 11上并由此形成具有一定厚度的半球壳形的层，该层称为第二介质层12。应该说明的是，此时所用的冲头其工作面的球面直径是要比步骤3)所用冲头的小。也就是在本步骤之前或会存在一个更换冲头的步骤，或者存在一个将半球凹模转移至另一个工位，在该另一个工位上配置有球面直径较小的冲头的步骤。

步骤7)：测量此时第二介质层12的厚度，厚度达到预设值的话，转步骤8)；厚度未达预设值的话，继续向第二介质层12的表面喷涂粘合剂，然后继续用第二种颗粒材料铺覆上去，并用冲头施压，以使第二介质层12的厚度达到预设值；

步骤8)：比照步骤5)至步骤7)，类推制作余下各介质层；

步骤9)：最后的介质层是第五介质层15，在第五介质层15的表面喷涂粘合剂，将预制最后的颗粒材料，也就是第六种颗粒材料填充到第五介质层15的腔内，而后辅以若干次施压、补喷粘合剂和补充第六种颗粒材料，以使最终在第五介质层15的腔内形成半球形的半边内核16。

步骤10)：至此，所述透镜半壳体10被完全填充而成为半边龙伯透镜，该半边龙伯透镜是半球形的，如图3所示。而此时希望所有介质层以及半边内核16的外露面足够平齐于透镜半壳体10的半球底面。

步骤11)：重复步骤1)至步骤10)制得另外半边龙伯透镜；

步骤12)：将两件半边龙伯透镜粘合在一起而成为一件球形龙伯透镜。在粘合的过程中，追求的是颗粒材料之间相互嵌合的深度越深越好，相互嵌合的均匀度越均匀越好。

至此，完成球形龙伯透镜的生产。

本实施例中，各介质层以及半边内核16所用颗粒材料都是预先制备好的，它们的结构是：在非金属的发泡而成的材料中混入纤维状的金属导体。只要控制单个颗粒中所混入的金属导体的数量或者直径大小，就可以控制这些颗粒材料的介电常数。如：混入更多的金属导体则介电常数将变大；混入更大的金属导体则介电常数也更大。其中一种颗粒材料的制作方法可参照名为“AN ARTIFICIAL DIELECTRIC MATERIAL AND A METHOD OFMANUFACTURING THE SAME”，公开号为WO2009078807，公开日为2009年6月25日的专利文献。

各颗粒材料的介电常数以及尺寸大小被进行良好设定的情况下，本实施例生产方法生产出来的龙伯透镜其具有质量轻、透镜特性易于控制、透镜性能指标优良等优点。

实施例2

本实施例以制作一个具有5层介质层的旋转椭球形龙伯透镜为例。

旋转椭球形可以理解为是某椭圆沿其长轴旋转而形成的三维形状，如图4所示，这样的三维形状是一个可轴对称地分开的三维形状，其轴对称地分开的方法有两种：一种是以过椭圆长轴的平面将该三维形状分开为轴对称的两半，例如以图4的A平面来分开；另一种是以过椭圆短轴且垂直于长轴的平面将该三维形状分开为轴对称的两半，例如以图4的B平面来分开。

前一种分开方法所获得的两半中，没有任何一半是旋转体，因此在制作半边龙伯透镜的时候，与实施例1的区别在于不能用一个沿固定轴线转动的拨片拨动各介质层的颗粒材料来进行均匀铺覆。而后一种分开方法所获得的两半中，任何一半都是旋转体，因此在制作半边龙伯透镜的时候，就可以与实施例1一样，用一个沿固定轴线转动的拨片拨动各介质层的颗粒材料来进行均匀铺覆。而理论上采用后一种分开方法更为可取。

想要制得的龙伯透镜是圆柱形的情况下，也会面临同样的分切位置选择问题。

本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。

Claims

1.龙伯透镜的生产方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤8)：比照步骤5)至步骤7)，类推制作余下各介质层；

步骤11)：重复步骤1)至步骤10)制得另外半边龙伯透镜；

2.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：所制得的龙伯透镜，其轮廓形状是可轴对称地分开的三维形状。

3.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：介质层的总数量在3～20之间。

4.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：各介质层以及半边内核所用颗粒材料的结构是：在非金属材料中混入颗粒或纤维状的金属导体。

5.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：由第一介质层至半边内核，对应的颗粒材料的平均直径越来越小。

6.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：由第一介质层至半边内核，对应的颗粒材料的介电常数越来越大。

7.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：由第一介质层至半边内核，对应的颗粒材料的形状是立方体状或球状。

8.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：在步骤1)至步骤10)期间透镜半壳体始终处在一个能稳固透镜半壳体形状的模具内。

9.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：各种颗粒材料是在透镜半壳体处于旋转状态时用一个固定的拨片拨动颗粒材料进行铺覆的，或者是透镜半壳体处于固定状态时用一个旋转的拨片拨动颗粒材料进行铺覆的，或者是透镜半壳体处于旋转状态时用一个旋转的拨片拨动颗粒材料进行铺覆的。

10.如权利要求1所述的龙伯透镜的生产方法，其特征是：每完成一层介质层的制作就更换一个与下一层介质层的预设规格相匹配的冲头。