CN110911846B

CN110911846B - 可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法

Info

Publication number: CN110911846B
Application number: CN201911238076.7A
Authority: CN
Inventors: 郑洪振; 芦永超; 窦英乾
Original assignee: Guangdong Fushun Tianji Communication Co Ltd
Current assignee: Guangdong Fushun Tianji Communication Co., Ltd
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2021-12-14
Anticipated expiration: 2039-12-06
Also published as: CN110911846A

Abstract

本发明提供可不使用粘合剂的龙伯透镜的生产方法，包括以下步骤：固定好一个半球外壳，让其开口朝上；将一个模芯吊入到半球外壳里面；所述模芯形成有多层的半球壳腔以及一个半球核腔；半球外壳所对应的球心、各层半球壳腔各自对应的球心以及半球核腔对应的球心均共心；在模芯与半球外壳之间、在各半球壳腔内以及在半球核腔内装填入对应的颗粒材料；可选择性地保留模芯或抽离模芯；再将两个相同规格的半边龙伯透镜合在一起。本发明的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法具有生产工艺简单、生产成本低、可不用或大量减少使用粘合剂、质量轻、透镜特性易于控制、透镜性能指标优良等优点。

Description

可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法

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、5G通讯、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。

后来出现了一些将颗粒状的电磁介质材料粘制成球体的技术方案，但是这些技术方案使用的粘合剂量较多，而且粘合剂本身的介电常数也不为零，如果粘合剂在球体内的分布不均匀，那么对最终的龙伯透镜的性能指标会有一定的影响。

为解决该问题，需要对现有的龙伯透镜的生产方法进行改进。

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，且生产过程可考虑不使用粘合剂。

采用以下的技术方案：

一种可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，包括以下步骤：

步骤1)：固定好一个半球外壳，让其开口朝上；

步骤2)：将一个模芯吊入到半球外壳里面；所述模芯形成有多层的半球壳腔以及一个半球核腔；半球外壳所对应的球心、各层半球壳腔各自对应的球心以及半球核腔对应的球心均共心；

步骤3)：在模芯与半球外壳之间、在各半球壳腔内以及在半球核腔内装填入对应的颗粒材料，这些分处在不同空间内的颗粒材料构成对应的介质层，而在半球核腔内的颗粒材料构成半球核；至此完成半边龙伯透镜的制作；

步骤4)：将两个相同规格的半边龙伯透镜合在一起，并将两个半球外壳紧固连接在一起，至此完成整个龙伯透镜的制作。

本龙伯透镜生产方法所生产出的龙伯透镜，其内部可以做到完全不采用粘合剂，一方面可以避免粘合剂的介电常数对龙伯透镜内各介质层平均介电常数的影响，另一方面减少粘合剂的使用也可以减少对环境的污染，再一方面可以节省工序，进而节省成本。但应当说明的是，本生产方法虽可以做到在龙伯透镜内完全不采用粘合剂，但并非在本技术方案的基础上在龙波透镜内部增加喷涂粘合剂的步骤即表示这样的技术方案不落在本案所要求保护的范围之外。事实上，面对目标规格较大的龙伯透镜，或者一些特定材质的颗粒材料，有的时候先在颗粒材料的表面先雾状喷涂一些粘合剂后再填入到对应的空间内更便于生产而对产品性能的影响微乎其微。

本生产方法，还包括先在所用到的颗粒材料的表面先喷涂粘合剂后再填入到对应的空间内的步骤。

本生产方法所制得的龙伯透镜，其轮廓形状可以是圆球或类圆球或椭球或类椭球等。

本生产方法，介质层的总数量最好在3～20之间。

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

本生产方法，由半球核至最外面的介质层，对应的颗粒材料的体积最好越来越大。

本生产方法，由半球核至最外面的介质层，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，颗粒材料的体积最好在8mm³～250mm³范围内。

本生产方法，步骤4)所述将两个半球外壳紧固连接在一起的方法可以是：沿两个半球外壳的合缝进行热熔接或者进行胶粘接，或者沿两个半球外壳的合缝粘上胶带等。

由于制作完成后，模芯是留在龙伯透镜的内部的，为降低模芯对龙伯透镜性能的影响，模芯的材料应当是由介电常数尽可能低的材料制成的。而对于装填入龙伯透镜内部各层的颗粒材料，其理想化的规律是：由内至外，颗粒材料的介电常数从2平顺过渡至1。

本发明还提供另一种可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，包括以下步骤：

步骤1)：固定好一个半球外壳，让其开口朝上；

步骤3)：在模芯与半球外壳之间、在各半球壳腔内以及在半球核腔内装填入对应的颗粒材料；这些分处在不同空间内的颗粒材料构成对应的介质层，而在半球核腔内的颗粒材料构成半球核；

步骤4)：尽量保证所有介质层以及半球核保留原样的情况下将模芯抽离；至此完成半边龙伯透镜的制作；

步骤5)：将两个相同规格的半边龙伯透镜合在一起，并将两个半球外壳紧固连接在一起，至此完成整个龙伯透镜的制作。

通过这样的制作方法，同样可以做到完全不采用粘合剂来制作龙伯透镜。另外，可以在模芯有可能接触到颗粒模块的部位表面上固化有不粘涂层，这样的不粘涂层可以是特氟龙涂层等可以用来降低摩擦力和粘附力的涂层。于是此时无论所用到的颗粒材料的表面是否带有粘合剂，则都可以减少这些颗粒材料与模芯之间的摩擦力，便于将模芯抽离。在将模芯抽离后，不同介质层之间的颗粒材料互相嵌合，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、介质层与球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。

本发明的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法具有生产工艺简单、生产成本低、可大量减少使用粘合剂、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的目标产品的剖视结构示意图；

图2是实施例1的模芯12的结构示意图；

图3是图2的A-A向剖视结构示意图；

图4是实施例1的生产步骤2)的原理示意图；

图5是实施例1的生产步骤3)的原理示意图；

图6是实施例2的目标产品的剖视结构示意图；

图7是实施例2的模芯52的结构示意图；

图8是图7的B-B向剖视结构示意图；

图9是实施例2的生产步骤2)的原理示意图；

图10是实施例2的生产步骤3)的原理示意图；

图11是实施例2的生产步骤4)的原理示意图一；

图12是实施例2的生产步骤4)的原理示意图二。

附图标记说明：10-半边龙伯透镜；11-半边龙伯透镜；12-模芯；100-半球外壳；101-第一介质层；102-第二介质层；103-第三介质层；104-第四介质层；105-第五介质层；106-半球核；121-第一半球壳部；122-第二半球壳部；123-第三半球壳部；124-第四半球壳部；125-第五半球壳部；126-连接筋；131-第一半球壳腔；132-第二半球壳腔；133-第三半球壳腔；134-第四半球壳腔；135-半球核腔；

50-半边龙伯透镜；51-半边龙伯透镜；52-模芯；500-半球外壳；501-第一介质层；502-第二介质层；503-第三介质层；504-第四介质层；505-第五介质层；506-半球核；521-第一半球壳部；522-第二半球壳部；523-第三半球壳部；524-第四半球壳部；525-第五半球壳部；526-转轴；531-第一半球壳腔；532-第二半球壳腔；533-第三半球壳腔；534-第四半球壳腔；535-半球核腔。

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

本实施例以制作一个具有5层介质层的内部带有模芯的球形龙伯透镜为例。如图1所示，这样的龙伯透镜由两个半边龙伯透镜10、11构成。半边龙伯透镜10从外到内依次包括半球外壳100、第一介质层101、第二介质层102、第三介质层103、第四介质层104、第五介质层105和半球核106；半边龙伯透镜还包括一个塑料制成的模芯12。

模芯12的结构为：如图2、图3所示，包括第一半球壳部121、第二半球壳部122、第三半球壳部123、第四半球壳部124、第五半球壳部125以及连接筋126。第一半球壳部121、第二半球壳部122、第三半球壳部123、第四半球壳部124、第五半球壳部125各自都呈半球壳状，这些半球壳部的壁厚都很薄，且它们的半径依次减少，但它们是被设计成共球心地分布的，且它们的半球底平面是共面的。如图2、图3所示，本实施例的连接筋126排列成“十”字，连接筋126是用来限定和确保第一半球壳部121、第二半球壳部122、第三半球壳部123、第四半球壳部124和第五半球壳部125它们之间的相对位置是处在目标位置的。第一半球壳部121与第二半球壳部122之间构成第一半球壳腔131、第二半球壳部122与第三半球壳部123之间构成第二半球壳腔132、第三半球壳部123与第四半球壳部124之间构成第三半球壳腔133、第四半球壳部124与第五半球壳部125之间构成第四半球壳腔134、第五半球壳部125自身的内凹空间即为半球核腔135。

当本实施例的半边龙伯透镜被制作完成后，如图1所示，第一半球壳部121是处在第一介质层101与第二介质层102之间的，第二半球壳部122是处在第二介质层102与第三介质层103之间的，第三半球壳部123是处在第三介质层103与第四介质层104之间的，第四半球壳部124是处在第四介质层104与第五介质层105之间的，第五半球壳部125是处在第五介质层105与半球核106之间的。

第一介质层101、第二介质层102、第三介质层103、第四介质层104、第五介质层105、半球核106，它们依次对应的材料为：第一种颗粒材料、第二种颗粒材料、第三种颗粒材料、第四种颗粒材料、第五种颗粒材料和第六种颗粒材料。第一种颗粒材料至第六种颗粒材料介电常数是越来越高。其中，第一种颗粒材料的介电常数为1，第六种颗粒材料的介电常数为2。另外，第一种颗粒材料至第六种颗粒材料，颗粒材料的体积越来越小。

本实施例的龙伯透镜生产方法如下：

步骤1)：固定好一个半球外壳100，让其开口朝上。这样的半球外壳100是采用塑料等介电常数尽量低的材料制成的，可以将其放到一个预制的凹位内，并在周边加以固定。

步骤2)：如图4所示，将一个模芯12吊入到半球外壳100里面，模芯12的结构就是前述的包括连接筋126的模芯的结构；半球外壳100所对应的球心与模芯12的各半球壳部对应的球心均共心，确保模芯12与半球外壳100之间的相对位置不变。

步骤3)：如图3、图5所示，在半球外壳100与第一半球壳部121之间的空间内装填入第一种颗粒材料，这些第一种颗粒材料构成第一介质层101；在第一半球壳腔131内装填入第二种颗粒材料，这些第二种颗粒材料构成第二介质层102；在第二半球壳腔132内装填入第三种颗粒材料，这些第三种颗粒材料构成第三介质层103；在第三半球壳腔133内装填入第四种颗粒材料，这些第四种颗粒材料构成第四介质层104；在第四半球壳腔134内装填入第五种颗粒材料，这些第五种颗粒材料构成第五介质层105；在半球核腔135内装填入第六种颗粒材料，这些第六种颗粒材料构成半球核106；至此完成半边龙伯透镜的制作。

步骤4)：按照步骤1)至步骤3)再制作另一半边龙伯透镜；用一足够刚性的盖板盖住其中一半边龙伯透镜的半球外壳的开口，并且将该半边龙伯透镜倒置过来后，连同盖板一起放到另一半边龙伯透镜的半球外壳的开口之上，且确保它们之间正对，在抽离盖板后这两个半边龙伯透镜即合在一起，此后沿两个半球外壳的合缝粘上胶带，至此完成本实施例制作方法的目标龙伯透镜的制作。

本实施例中，所用的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“ANARTIFICIAL DIELECTRIC MATERIAL AND A METHOD OF MANUFACTURING 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、可避免使用粘合剂、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层介质层的不带有模芯的球形龙伯透镜为例。如图6所示，这样的龙伯透镜由两个半边龙伯透镜50、51构成。半边龙伯透镜50从外到内依次为半球外壳500、第一介质层501、第二介质层502、第三介质层503、第四介质层504、第五介质层505和半球核506。

本实施例还需要用到一个模芯52，这个模芯52可以是塑料制成的，也可以是金属制成的。如图7、图8所示，模芯52包括第一半球壳部521、第二半球壳部522、第三半球壳部523、第四半球壳部524、第五半球壳部525以及转轴526。第一半球壳部521、第二半球壳部522、第三半球壳部523、第四半球壳部524、第五半球壳部525各自都呈半球壳状，这些半球壳部的壁厚都很薄，且它们的半径依次减少，但它们是被设计成共球心地分布的，且它们的半球底平面是共面的。如图8所示，本实施例的第一半球壳部521、第二半球壳部522、第三半球壳部523、第四半球壳部524和第五半球壳部525它们各自是分为两个部分的；而共同构成一个半球壳部的两个部分又同时是可以分别相对转轴526旋转的，当该两个部分并合在一起时即构成一个完整的半球壳部，此后可与其他半球壳部共同围出半球壳腔，而对于半径最小的半球壳部而言，即第五半球壳部525，其自身的内凹即为半球核腔535。

而此时，转轴526同时兼有相当于实施例1的连接筋126的作用，即用来限定和确保第一半球壳部521、第二半球壳部522、第三半球壳部523、第四半球壳部524和第五半球壳部525它们之间的相对位置是处在目标位置的。

与实施例1的相同，第一半球壳部521与第二半球壳部522之间构成第一半球壳腔531、第二半球壳部522与第三半球壳部523之间构成第二半球壳腔532、第三半球壳部523与第四半球壳部524之间构成第三半球壳腔533、第四半球壳部524与第五半球壳部525之间构成第四半球壳腔534、第五半球壳部525自身的内凹空间即为半球核腔535。

与实施例1的相同，第一介质层501、第二介质层502、第三介质层503、第四介质层504、第五介质层505、半球核506，它们依次对应的材料为：第一种颗粒材料、第二种颗粒材料、第三种颗粒材料、第四种颗粒材料、第五种颗粒材料和第六种颗粒材料。第一种颗粒材料至第六种颗粒材料介电常数是越来越高。其中，第一种颗粒材料的介电常数为1，第六种颗粒材料的介电常数为2。另外，第一种颗粒材料至第六种颗粒材料，颗粒材料的体积越来越小。

本实施例的龙伯透镜生产方法如下：

步骤1)：固定好一个半球外壳，让其开口朝上。这样的半球外壳500是采用塑料等介电常数尽量低的材料制成的，可以将其放到一个预制的凹位内，并在周边加以固定。

步骤2)：如图9所示，将一个模芯52吊入到半球外壳500里面，模芯52的结构就是前述的包括转轴526的模芯的结构；半球外壳500所对应的球心与模芯52的各半球壳部对应的球心均共心，确保模芯52与半球外壳500之间的相对位置不变。

步骤3)：如图8、图10所示，在半球外壳500与第一半球壳部521之间的空间内装填入第一种颗粒材料，这些第一种颗粒材料构成第一介质层501；在第一半球壳腔531内装填入第二种颗粒材料，这些第二种颗粒材料构成第二介质层502；在第二半球壳腔532内装填入第三种颗粒材料，这些第三种颗粒材料构成第三介质层503；在第三半球壳腔533内装填入第四种颗粒材料，这些第四种颗粒材料构成第四介质层504；在第四半球壳腔534内装填入第五种颗粒材料，这些第五种颗粒材料构成第五介质层505；在半球核腔535内装填入第六种颗粒材料，这些第六种颗粒材料构成半球核506；至此完成半边龙伯透镜的制作。

步骤4)：如图11、图12所示，尽量保证所有介质层以及半球核保留原样的情况下，将构成一个半球壳部的两个部分进行同时转动或分别转动，使得该两部分最终脱离颗粒材料，以此方式抽离所有半球壳部；至此完成半边龙伯透镜的制作。

步骤5)：按照步骤1)至步骤4)再制作另一半边龙伯透镜；用一足够刚性的盖板盖住其中一半边龙伯透镜的半球外壳的开口，并且将该半边龙伯透镜倒置过来后，连同盖板一起放到另一半边龙伯透镜的半球外壳的开口之上，且确保它们之间正对，在抽离盖板后这两个半边龙伯透镜即合在一起，此后沿两个半球外壳的合缝粘上胶带，至此完成本实施例制作方法的目标龙伯透镜的制作。

虽然在生产过程中都有使用模芯，但本实施例与实施例1的不同之处在于：本生产方法并没有将模芯52留存在龙伯透镜内，而这样的好处是不同介质层之间的颗粒材料能够互相嵌合，形成两相复合部位，使所生产出来的龙伯透镜产品的介电常数变化更加平缓。

本实施例所采用的颗粒材料的结构与实施例1的也是相同的。

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.可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤1)：固定好一个半球外壳，让其开口朝上；

步骤4)：将两个相同规格的半边龙伯透镜合在一起，并将两个半球外壳紧固连接在一起，模芯是留在龙伯透镜的内部的，至此完成整个龙伯透镜的制作。

2.如权利要求1所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：还包括先在所用到的颗粒材料的表面先喷涂粘合剂后再填入到对应的空间内的步骤。

3.如权利要求1所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：龙伯透镜的轮廓形状是圆球或类圆球或椭球或类椭球。

4.如权利要求1所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：介质层的总数量在3～20之间。

5.如权利要求1所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：各介质层以及半球核所用颗粒材料的结构是：在非金属材料中混入颗粒状或纤维状的金属导体。

6.如权利要求1所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：由半球核至最外面的介质层，对应的颗粒材料的体积越来越大。

7.如权利要求1所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：由半球核至最外面的介质层，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所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：颗粒材料的体积在8mm³～250mm³范围内。

9.如权利要求1所述的可不使用粘合剂的龙伯透镜生产方法，其特征是：步骤4)所述将两个半球外壳紧固连接在一起的方法是：沿两个半球外壳的合缝进行热熔接或者进行胶粘接，或者沿两个半球外壳的合缝粘上胶带。