CN111095674B - 制备复合介电材料的方法 - Google Patents

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Abstract

用于通信天线的透镜中的复合介电材料的制备方法。所述方法可以包括以下一者或多者：使用感应加热使可膨胀介电颗粒膨胀；在膨胀之前将可膨胀介电颗粒与预膨胀的介电材料结合；和/或在透镜或其它容器内进行可膨胀介电颗粒的膨胀。

Description

制备复合介电材料的方法
背景技术
本发明总体上涉及无线电通信，并且更具体地，涉及制造用于蜂窝通信系统和其它通信系统中的透镜天线的材料的方法。
蜂窝通信系统是本领域众所周知的。在蜂窝通信系统中，地理区域被划分为称作“小区”的一系列区域，并且每个小区由基站服务。基站可以包括一个或多个天线，所述天线被配置为提供与地理上位于基站所服务的小区内的移动用户的双向射频(“RF”)通信。在许多情况下，每个基站向多个“扇区”提供服务，并且多个天线中的每个天线将为所述扇区中的相应扇区提供覆盖。典型地，扇区天线安装在塔或其它突起结构上，每个天线产生的辐射波束指向外部以便服务相应的扇区。
常见的无线通信网络计划涉及使用三个基站天线为三个六边形小区服务的基站。这通常称为三扇区配置。在三扇区配置中，每个基站天线为120°扇区服务。典型地，65°方位半功率波束宽度(HPBW)天线为120°扇区提供覆盖。这些120°扇区中的三个提供360°覆盖。也可以采用其它功能分区方案。例如，也使用六、九和十二扇区配置。六扇区站点可涉及六个方向基站天线，每个基站天线都具有为60°扇区服务的33°方位HPBW天线。在其它建议方案中，单个的多列阵列可以由馈源网络驱动以便从单个相控阵天线产生两个或更多个波束。例如，如果使用各自产生两个波束的多列阵列天线，那么六扇区配置可能只需要三个天线。例如，美国专利公开US2011/0205119中公开了产生多波束的天线，通过引用将该专利公开并入本文。
增加扇区数目会增加系统容量，因为每个天线可服务于较小的区域，因此在整个扇区中提供更高的天线增益，并且因为频带可以被复用于每个扇区。然而，将覆盖区域划分成较小的扇区具有缺点，因为覆盖窄扇区的天线的辐射元件通常比覆盖较宽扇区的天线的辐射元件间隔更宽。例如，典型的33°方位HPBW天线的宽度通常是典型65°方位HPBW天线的两倍。因此，随着小区被划分成更大数目的扇区，成本、空间和塔负荷的要求增加。
在蜂窝通信系统和其它通信系统中可使用透镜来聚焦天线波束，这可用于增加蜂窝基站所服务的扇区的数目，并且在其它通信系统中可用于使天线波束聚焦在目标区域上。然而，透镜会增加天线的成本、重量和/或复杂性。因此，轻质的天线透镜材料是期望的。
需要改进此类轻质透镜材料的制造。例如，可以改进的一个领域是制造效率。要改进的领域的另一个例子是减少由于制造过程本身和/或由于随时间推移材料的沉降、偏移或其它体积变化而导致的材料降解，这可能会不希望地改变透镜的功能和折射特性。存在改进透镜制造和/或透镜材料的其它领域。
发明内容
概括而言，本公开针对于制造用于RF天线透镜的复合介电材料的方法，所述RF天线透镜是例如蜂窝通信系统的基站天线中使用的透镜。
然而，本文描述的材料不限于天线透镜应用。通过所公开的制备方法提供的材料是坚固的并且非常轻质。一旦制备，就可以将至少一些本文所述材料成形为任意数量的期望物体，并结合到许多产品中的任何产品中，例如防护装备(例如头盔)、包装材料、隔热体、容器等。
其中使用本公开的复合介电材料的天线透镜可以是任何合适的形状，包括但不限于圆柱形或球形或椭球形。典型地，该透镜包括容纳复合介电材料的容器。因此，该容器可以具有基本为圆柱形或球形或椭球形的外壳，并且该外壳限定了容纳复合介电材料的内部腔体或容积。
根据本公开的某些方面，制备复合介电材料的方法包括：提供具有预定容积的透镜容器；向透镜容器中添加预定质量的未膨胀混合物，该未膨胀混合物包含可膨胀微球和膨胀微球，可膨胀微球和膨胀微球包含介电材料；任选地，封闭该预定容积以防止微球逸出所述预定容积；和加热透镜容器内的未膨胀混合物，以形成具有至少基本上等于所述预定容积的体积和/或至少基本上等于所述预定质量的质量的膨胀混合物。
在一些实例中，未膨胀混合物包括一种或多种粘结材料，例如油，和/或介电结构化材料，例如泡沫聚苯乙烯和/或膨胀聚丙烯。
尽管在本公开通篇中将提到“可膨胀微球”和“膨胀微球”，但是应当理解，它们不必是球形的。材料的任何可膨胀形状，即“可膨胀微粒”的任何形状均可用于此目的。因此，可膨胀微粒可以是例如球形、立方体、长方体、椭球体、不规则、角锥形、圆锥形等。
根据本公开的微粒描述的膨胀是热膨胀。即，本文所述的可膨胀微粒至少可通过加热而膨胀。
根据本公开的另外方面，制备复合介电材料的方法包括：将可膨胀微球与散布在所述可膨胀微球之间的导电元件结合以形成未膨胀混合物，所述可膨胀微球包含介电材料；和感应加热所述未膨胀混合物以使所述可膨胀微球膨胀。
在一些实例中，未膨胀混合物包括一种或多种粘结材料，例如油，和/或介电结构化材料、泡沫聚苯乙烯和/或膨胀聚丙烯。
根据本公开的其它方面，制备复合介电材料的方法包括：将可膨胀微球与膨胀微球结合以形成未膨胀混合物，所述可膨胀微球和所述膨胀微球包含介电材料；和加热所述未膨胀混合物以使可膨胀微球膨胀。
在一些实例中，未膨胀混合物包括一种或多种粘结材料，例如油，和/或介电结构化材料，例如泡沫聚苯乙烯，和/或膨胀聚丙烯。
根据本公开的其它方面，制备复合介电材料的方法包括将可膨胀微球与膨胀微球结合以形成未膨胀混合物，所述可膨胀微球和所述膨胀微球包含介电材料；和加热所述未膨胀混合物以使可膨胀微球膨胀并形成复合介电材料的整体块，其中所述加热产生的复合介电材料的总体积等于该整体块的体积。
在一些实例中，所述未膨胀混合物包括一种或多种粘结材料，例如油，和/或介电结构化材料，例如泡沫聚苯乙烯和/或膨胀聚丙烯。
在一些实例中，在具有预定容积的透镜容器内形成所述整体块。
在一些实例中，所述加热是由感应线圈产生的感应加热，所述感应线圈围绕着容纳未膨胀混合物的透镜容器的至少一部分，并且未膨胀混合物包括从感应加热而发热的导电元件。
在一些实例中，将预热的混合物放入用于加热的固定容积的容器中，并且预热的混合物和加热后的混合物具有基本相同的体积，防止或至少在一定程度上约束了预热混合物在加热过程期间的体积增加。由于加热，约束材料膨胀增加了容器中的压力。在一些实例中，容器内增加的压力能够引起容器内材料的融合，并致使材料形成复合介电材料的整体块。
根据本公开的各个方面，在复合介电材料包括导电元件的那些实例中，在一些实例中，导电元件在至少一个维度上可以大于可膨胀微球和/或膨胀微球。在一些实例中，导电材料的颗粒可以包括闪光粉(g l i t ter)和/或闪光碎屑(fl i t ter)。在一些实例中，导电颗粒可以各自包含薄金属片，该薄金属片的长度和宽度的总和是该薄金属片厚度的至少十倍，该薄金属片在其任一主面上具有绝缘材料。在一些实例中，在加热时将导电颗粒添加到混合物中。在一些实例中，在加热时搅拌或以其它方式搅动混合物。
根据本公开的各个方面，在一些实例中，可膨胀微球可以是填充气体的或填充液体的，和/或在膨胀时膨胀微球具有基本上中空的中心。
本公开的方法可帮助减轻或减少轻质RF天线透镜材料的制造中的低效和/或不一致。例如，使可膨胀微球膨胀的常规加热技术会使材料降解。在常规的加热技术中，从外部向内加热材料。赋予足够的热量从而使较内布置的微球膨胀可能需要多达15-30分钟或更长时间以使所有可膨胀材料热膨胀。在该过程中，材料可能会过热并引起较外布置的微球降解，从而导致较差功能的透镜。
通过将导电元件纳入未膨胀材料中并通过感应来加热未膨胀材料，能够更快地完成膨胀(例如，在少至10秒或更短的时间内)，并且跨材料体积均匀地完成，从而减少或消除材料部分的不足膨胀或多度加热。用于本公开的复合介电材料的可膨胀材料具有低密度并且本质上是绝热体，因此通过常规手段(例如，烘箱)非常缓慢地加热。将导电元件引入到材料中并通过感应方法加热该材料可以将加热时间减少多达30倍以上(与常规加热手段相比，例如烘箱)，以获得期望的介电材料。感应加热还允许在固定体积内加热材料，并且在加热过程中无需搅拌材料，从而降低了爆炸的风险。此外，感应加热有利于同时加热大量材料。
作为另一个实例，可膨胀微球和膨胀微球都可以具有极低的密度，使得材料从一个容器到另一个容器的微小干扰、移动或转移都能够引起材料的沉降(即密实化)、偏移或其它体积变化，导致材料折射特性的有害变化。膨胀微球和可膨胀微球的重量可以如此轻，以至于它们的弱点是它们像粉尘一样容易被吹走，从而影响制造过程的一致性和稳定性。此外，对于RF天线的扇区化微波折射的目的，透镜材料的不均匀密实化会导致材料的各向异性不足。用约束在已知体积内(即透镜容器)的已知质量的未膨胀材料进行膨胀能够减小这种变化。同样，将可膨胀材料膨胀成固体的整体块而不是松散的珠粒能够改善透镜材料的体积稳定性。
在下面的描述中将阐述各个其它方面。这些方面涉及单个特征以及特征的组合。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，并且不限制本文所公开的实施方案所基于的宽广发明构思。
附图说明
图1A是用于天线的RF透镜的实例的示意性透视图，该RF透镜包括根据本公开的一种或多种方法制备的复合介电材料。
图1B是图1A的标注部分的放大图，其示出了复合介电材料的结构。
图2是根据本公开的方法制备的膨胀复合介电材料的另一实例的示意性透视图。
图3是根据本公开的方法制造的膨胀复合介电材料的整体块的透视图。
图4是图3的膨胀复合介电材料的整体块的另一透视图。
图5示出根据本公开的一种或多种方法的可用于使可膨胀材料膨胀的示例设备。
图6是根据本公开的制备复合介电材料的示例方法的流程图。
图7是根据本公开的制备复合介电材料的另一示例方法的流程图。
图8是根据本公开的制备复合介电材料的另一示例方法的流程图。
具体实施方式
将参考附图详细描述本发明的各个实施方案，其中贯穿几个视图，相同的附图标记表示相同的部件和组件。对各个实施方案的参考不限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求书的范围限制。另外，在本说明书中阐述的任何实例并不意图是限制性的，并且仅阐述了要求保护的发明的许多可能实施方案中的一些。
参照图1A和1B，示例性RF天线透镜10包括基本圆柱形的容器12。在一些实例中，容器12由介电材料制成。容器12具有预定容积，该预定容积填充有根据本公开的一种或多种方法制造的膨胀的复合介电材料14。复合介电材料14由散布有导电元件20(例如，闪光粉或闪光碎屑)的膨胀微球18构成。
复合介电材料14的亚单元16包括膨胀微球18和一片或多片导电元件20，所述导电元件能够至少暂时性地附着于微球18。亚单元16能够限定出支撑导电元件的基质。亚单元16可以类似于彼此不粘附的珠粒，使得材料14可以流动。任选地，可将粘结剂(如惰性油或粘结剂)包括在材料14中，以帮助稳定亚单元16并减少它们相对于彼此的运动。
图2是根据本公开的一种或多种方法制备的膨胀复合介电材料100的另一实例的示意性透视图。材料100是松散的，因为其成分没有融合在一起成为整体固体块。因此，与材料14一样，在一些实例中，材料100可以具有允许其流动的液体或伪液体型的特性。
材料100包括膨胀微球102，在每个主表面上具有绝缘材料的导电元件104(例如，导电薄片材料，例如闪光粉或闪光碎屑)，介电结构化材料108(例如，泡沫聚苯乙烯微球或其它形状的泡沫颗粒)，和粘结剂106，例如惰性油。
膨胀微球102可包括非常小的(例如，直径为1-10微米)球体，其响应于催化剂(例如，热量)膨胀为更大(例如，直径为12-100微米)的空气填充球体。膨胀微球102可以具有非常小的壁厚，因此可以非常轻质。预膨胀的(即“可膨胀的”)微球可以包含例如低密度、介电、热敏的材料，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯。
导电元件104可以包括例如金属薄片(例如1-25微米厚)，该金属薄片在其一侧或两侧上具有薄的绝缘涂层(例如0.5-25微米)，其被切成小块(例如200-800微米的小正方形或具有类似主表面积的其它形状)。在一些实例中，导电元件104可包含1-10微米厚的金属层(例如，铝或铜)，其沉积在具有5-20微米厚度的基础绝缘材料片(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯的片)的顶部上。可以在金属层的顶部上沉积更薄的绝缘层，例如1-2微米厚的聚乙烯或环氧树脂涂层。可以形成大的闪光碎屑材料片，然后可以将这些片切成小正方形或其它形状的薄片。在一个实例中，该闪光碎屑薄片可以是375×375微米的薄片，其厚度为例如小于25微米。可以使用其它尺寸的闪光碎屑薄片(例如，薄片的侧边可以在100微米至1500微米的范围内，并且闪光碎屑薄片不必是正方形)。
介电结构化材料108可以包括例如泡沫聚苯乙烯或其它轻质介电材料(例如膨胀聚丙烯)的等轴颗粒。可以使用各种低损耗、轻质的聚合物材料。“等轴”颗粒是指具有大致相同量级的轴的颗粒。球体、立方体、六方体等均是等轴颗粒，即接近那些形状(例如，在25％以内)的颗粒或大体为具有不光滑表面的立方体、球形等的颗粒。
在一些实例中，介电结构化材料108可以大于膨胀微球102(例如，具有在0.5mm和3mm之间的直径)。介电结构化材料108可用于控制导电元件104的分布，使得导电元件具有例如适当随机的取向用于折射目的。介电结构化材料108还可有助于最小化导电元件之间的物理接触，这可能会对复合介电材料的折射性质产生负面影响。
如所指出的，介电结构化材料108的添加可有助于使导电元件104的取向随机化。介电结构化材料108可趋于在复合材料中组织，使得导电元件104落入介电结构化材料108之间的自然开口中。例如，当泡沫球用作介电结构化材料108时，导电元件104可倾向于将它们自身设置在泡沫球的堆叠组之间的自然开口中。这倾向于使导电元件在泡沫球的每个分组中的特定方向上取向。此外，泡沫球的分组可倾向于具有不同的取向，使得泡沫球的分组可以随机地分布在复合介电材料100各处。最终结果是，这种布置倾向于使导电元件104的取向随机化。
在一些实例中，介电结构化材料108可以占复合介电材料100的至少40体积％。在一些实例中，介电结构化材料108可以占复合介电材料100的大于50体积％。这些比率可适用于本文所述的包括介电结构化材料的任何复合介电材料。
在一些实例中，膨大/膨胀的微球和粘结剂的组合可占复合介电材料100的20-40体积％。这些比率可适用于本文所述的包括粘结剂和微球的任何复合介电材料。
参照图3和图4，示出了根据本公开的一种或多种方法形成的复合介电材料200的整体块202。整体块202具有限定的尺寸，例如长度L，宽度w和厚度T。整体块可以呈任何期望的形状，例如圆柱形、球形等。在一些实例中，整体块在透镜容器内形成并呈现透镜容器的形状和体积，例如图1A的透镜容器12。还应当理解，可以制造整体块，然后将其切割或以其它方式成形为期望的形状和尺寸以纳入到透镜中。
复合介电材料200包括散布有导电元件206(如闪光粉和/或闪光碎屑)的膨胀微球204。包含微球和导电元件的亚单元融合在一起，从而形成实心三维形状。在一些实例中，材料200还包括介电结构化材料，例如介电结构化材料108。在一些实例中，材料200还包括粘结剂，例如惰性油。在一些实例中，膨胀微球204包括一些预膨胀的微球，即，在产生材料200的膨胀之前膨胀的微球。
可以将块202成形、切割或成型为RF天线透镜的期望形状，或者可以将其切割成较小块，然后使用所述较小块来形成透镜。
参照图5，显示了示例设备300，可使用该设备根据本公开的一种或多种方法使可膨胀材料304膨胀从而形成复合介电材料。材料304至少包括可膨胀微球和导电元件。任选地，材料304可包括预膨胀微球、粘结剂和/或介电结构化材料中的一种或多种。将材料304的成分混合并保持在容器302中。在一些实例中，容器302是透镜的外壳，例如具有预定容积的RF天线透镜。感应线圈306缠绕在容器302的一部分的周围。由电源产生的交变电流可以被引导通过感应线圈306以加热材料304中的导电元件，从而引起可膨胀微球的膨胀，并由此引起容器302内的材料304的膨胀。交变电流可以采用取决于系统物理特性的共振频率，例如感应线圈的大小和数量，要膨胀的材料的组成和数量等。在一些非限制性实例中，感应线圈可以工作在200kHz至2Mhz范围内的一个或多个频率下。
随着微球的膨胀，它们会趋于将导电元件的相邻颗粒彼此推开，从而减少或消除导电元件之间的金属与金属的连接。如果导电元件包含绝缘层(例如在闪光粉或闪光碎屑的情形中)，这可以进一步降低金属与金属接触的可能性，这种金属与金属接触可能引起复合介电材料的折射特性的畸变。
现在将讨论通过本公开的方法制备的复合介电材料的各种成分的不同可能特性。
在一些实例中，导电元件是闪光粉。闪光粉的每个颗粒包括金属薄片，该金属薄片在其主要侧面上被绝缘性塑料基材包封。在示例实施方案中，塑料基材的厚度可以为0.5至50微米，并且绝缘性材料的薄涂层的厚度可以为0.5至15微米。该金属薄片可以包括例如厚度为1至50纳米的铝片。在典型的可商购闪光粉中，材料的总厚度可以为约20-30微米，并且铝片的厚度可以为10-100纳米。该塑料基材可以包括任何合适的塑料基材，例如聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。金属可以占闪光粉的小于1体积％。
在一些实例中，导电元件是闪光碎屑。闪光碎屑也容易商购得到，并且典型包含比闪光粉更厚的金属片，在其一个或两个主表面上具有绝缘涂层(例如，聚氨酯涂层)。在一个实例中，金属片可包括厚度为6至50微米的铝片，并且绝缘材料的薄涂层可具有0.5至15微米的厚度。
可以将闪光粉或闪光碎屑的片切成导电元件的小颗粒。在一些实例中，颗粒的形状可以是相对正方形的，其长度和/或宽度为约50至1500微米。在这样的实施方案中，颗粒在本质上可以是片状的，因为它们的厚度(例如25微米)可显著小于它们的长度和宽度。然而，将理解的是，在其它实施例中可以使用其它的形状(例如，六边形)、长度和宽度。也可以使用当暴露于感应线圈的变化电流时会发热的除闪光粉和闪光碎屑以外的材料。
根据本文公开的方法制备的复合介电材料的密度可以例如在0.005至0.2g/cm3之间。
可以选择纳入到给定数量的复合介电材料中的导电材料的量，使得该复合介电材料具有在期望范围内的介电常数。在一些实例中，复合介电材料的介电常数可以在例如1至3的范围内。
可膨胀微球可以包括由介电材料例如丙烯腈丁二烯苯乙烯形成的小球(例如，直径为1微米)。可以通过施加热量而使这些小球膨胀。当膨胀时，膨胀微球形成并可以具有例如15-75微米的直径以及可能为0.25微米的极薄的壁厚。可膨胀微球的内部可以主要包含空气或发泡剂(blowing agent)，例如戊烷或异丁烯。
导电元件的颗粒可以大于或小于可膨胀微球和/或膨胀微球。在一些特定实例中，导电元件可包括具有50至1500微米的长度和宽度以及可能为25微米的厚度的闪光粉或闪光碎屑的颗粒(其中闪光粉/闪光碎屑中的金属片的厚度小于25微米)。在一些实施方案中，金属片的厚度可以比金属片的长度和宽度的总和小至少十倍。例如，每个闪光碎屑薄片中的金属片可以是200微米×200微米×15微米。在该实例中，15微米的厚度比宽度和长度的总和(200微米+200微米＝400微米)小十倍以上。
在一些实例中，可使用铜来形成闪光碎屑薄片。当加热铜闪光碎屑薄片时(例如，通过感应加热)，铜的暴露边缘会氧化成不导电材料，该不导电材料可以减少或防止彼此接触的任何闪光碎屑薄片彼此电连接。
在一些实例中，微球可以在至少两个维度上小于导电元件颗粒。例如，导电元素颗粒的长度和宽度可以超过微球的直径。
导电元件的相对的主表面可以具有任何形状(例如，正方形、圆形、矩形、六边形、任意形状等)。
等轴介电结构化材料的颗粒可以全部为相同尺寸或可以具有不同尺寸。在一些实施方案中，等轴介电结构化材料颗粒的平均体积可以是导电元件平均体积的至少二十倍大(以相同的方式计算)，可以通过如下方式计算等轴介电结构化材料颗粒的平均体积：将复合介电材料的代表性样品中的每个单独的等轴电介质结构化颗粒的体积相加，然后除以取平均过程中所用的颗粒数目。在其它实施方案中，等轴介电结构化颗粒的平均体积可以是导电材料的颗粒的平均体积的至少十倍大。如上所述，在一些实施方案中，当导电材料在材料内具有随机取向时，可以改善复合介电材料的性能。
现在参考图6，在根据本公开的制备复合介电透镜材料的示例方法400中，在步骤402中，将可膨胀微粒(例如，微球)和导电元件(例如，闪光粉和/或闪光碎屑)结合以形成未膨胀混合物，所述可膨胀微粒包含介电材料；以及在步骤404中，对未膨胀混合物进行感应加热(例如，使用通过一个或多个感应线圈的感应电流)以加热导电元件，从而使可膨胀微粒膨胀从而形成复合介电材料。
在一些实例中，未膨胀混合物包括粘结剂。在一些实例中，未膨胀混合物包括介电结构化材料，例如泡沫聚苯乙烯或膨胀聚丙烯。
现在参考图7，在根据本公开的制备复合介电透镜材料的另一示例方法500中，在步骤502中，将可膨胀微粒(例如，可膨胀微球)和膨胀微粒(例如，膨胀微球)结合以形成未膨胀混合物，可膨胀微粒和膨胀微粒包含介电材料；以及在步骤504中，加热未膨胀混合物以使可膨胀微粒膨胀，从而形成复合介电材料。
在一些实例中，未膨胀混合物包括导电元件，并且所述加热是通过例如感应线圈执行的感应加热。在一些实例中，未膨胀混合物包括粘结剂。在一些实例中，未膨胀混合物包括介电结构化材料，例如泡沫聚苯乙烯或膨胀聚丙烯。在一些实例中，未膨胀混合物的可膨胀微粒和膨胀微粒由相同的材料制成，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯的球。
现在参考图8，在根据本公开的制备复合介电透镜材料的另一示例方法600中，在步骤602中，提供具有预定内部容积的透镜容器；在步骤604中，将预定质量的未膨胀混合物加入透镜容器中，该未膨胀混合物包含可膨胀微粒(例如，微球)、膨胀微粒(例如，微球)和导电元件(例如，闪光粉和/或闪光碎屑)，所述可膨胀微粒和膨胀微粒包含介电材料，并且所述未膨胀混合物的体积小于透镜容器的内部容积；在步骤606中，在透镜容器内感应加热(例如，用一个或多个感应线圈)所述未膨胀混合物，以使可膨胀微粒膨胀并形成复合介电材料，所述复合介电材料的体积基本上等于透镜容器的预定内部容积。
在一些实例中，容纳在透镜容器内的膨胀材料的质量与未膨胀材料的质量至少基本上相同。在一些实例中，在膨胀之前将透镜容器关闭以防止任何介电材料逸出透镜容器。在一些实例中，未膨胀混合物包括介电结构化材料，例如泡沫聚苯乙烯或膨胀聚丙烯。在一些实例中，未膨胀混合物的可膨胀微粒和膨胀微粒由相同的材料制成，例如丙烯腈丁二烯苯乙烯的球。
根据根据本公开的制备介电材料的又一示例方法，用闪光粉和/或闪光碎屑、可膨胀微球和膨胀微球的混合物填充容器，其中相对于膨胀微球和未膨胀微球的总体积而言，未膨胀微球占5％至40％(按体积计)。在一些实例中，未膨胀微球占膨胀微球和未膨胀微球的体积的约25％。混合物的体积是固定的或基本不受容器内的生长/膨胀的约束，例如通过用混合物填充容器并覆盖容器。然后加热混合物(例如，通过感应)，引起可膨胀微球膨胀，从而增加容器中的压力，这是由于容器的固定容积和/或材料的体积增长的约束。增加的压力能够使微球融合在一起从而形成具有固定体积的复合介电材料的整体块，该整体块可用于例如RF天线透镜中。
已经描述了本公开的优选方面和实施方案，本领域的技术人员可容易地想到所公开概念的修改和等同形式。然而，意图将这样的修改和等同形式包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (29)

1.一种制备用于RF天线透镜的复合介电材料的方法，包括：
将可膨胀微粒、导电元件和介电结构化材料结合以形成未膨胀混合物，其中所述导电元件散布在所述可膨胀微粒之间，所述介电结构化材料包括泡沫聚苯乙烯或膨胀聚丙烯，所述可膨胀微粒包含介电材料并且所述导电元件包括金属片，该金属片的长度和宽度的总和是该金属片厚度的至少十倍；和
感应加热所述未膨胀混合物以使可膨胀微粒膨胀。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述复合介电材料的密度在0.005至0.2g/cm3的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中通过感应线圈执行所述感应加热。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述结合还包括添加粘结剂以形成所述未膨胀混合物。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述导电元件包括闪光粉和/或闪光碎屑作为所述金属片。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述介电材料包括丙烯腈丁二烯苯乙烯。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述加热形成支撑所述导电元件的膨胀微粒的基质，并且其中在加热期间，所述可膨胀微粒膨胀并将至少一些相邻的导电元件推开。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属片在其至少一侧上具有绝缘材料。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述膨胀微粒和所述粘结剂共同占所述复合介电材料的至少20体积％。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述介电结构化材料占所述复合介电材料的至少40体积％。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述可膨胀微粒是微球。
12.根据权利要求1或2所述的方法，还包括构造包含所述复合介电材料的RF天线透镜。
13.一种制备用于RF天线透镜的复合介电材料的方法，包括：
将可膨胀微粒和膨胀微粒结合以形成未膨胀混合物，所述可膨胀微粒和膨胀微粒包含介电材料；
添加介电结构化材料和导电元件，所述介电结构化材料包括泡沫聚苯乙烯或膨胀聚丙烯，其中所述导电元件散布在所述可膨胀微粒之间，其中所述导电元件包含金属片，该金属片的长度和宽度的总和是该金属片厚度的至少十倍；和
感应加热所述未膨胀混合物以使可膨胀微粒膨胀。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述导电元件包括闪光粉或闪光碎屑颗粒，并且其中所述介电材料包括丙烯腈丁二烯苯乙烯。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述可膨胀微粒和所述膨胀微粒包含丙烯腈丁二烯苯乙烯。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述可膨胀微粒是可膨胀微球，并且其中所述膨胀微粒是膨胀微球。
17.根据权利要求13或14所述的方法，还包括构造包含所述复合介电材料的RF天线透镜。
18.一种通过权利要求13所述的方法制造的复合介电材料的整体块，其中所述加热产生的复合介电材料的总体积等于所述整体块的体积。
19.一种制备透镜的方法，包括：
提供具有预定容积的透镜容器；
向容器中添加预定质量的未膨胀混合物，所述未膨胀混合物包含可膨胀微粒、膨胀微粒、介电结构化材料和导电元件，所述可膨胀微粒和膨胀微粒包含介电材料，所述介电结构化材料包括泡沫聚苯乙烯或膨胀聚丙烯，其中所述导电元件散布在所述可膨胀微粒之间，所述导电元件包含金属片，该金属片的长度和宽度的总和是该金属片厚度的至少十倍，所述未膨胀混合物的体积小于所述透镜容器的预定容积；和
感应加热所述容器中的未膨胀混合物以形成膨胀混合物，该膨胀混合物的体积基本上等于所述容器的预定容积。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括在感应加热之前封闭所述容器以将未膨胀混合物和膨胀混合物容纳在容器内。
21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述膨胀混合物的质量基本上等于所述预定质量。
22.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述容器是RF天线透镜的外壳。
23.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述导电元件包含闪光粉和/或闪光碎屑，所述可膨胀微粒是可膨胀微球，并且所述膨胀微粒是膨胀微球。
24.一种制备用于RF天线透镜的复合介电材料的方法，包括：
在容器中结合可膨胀微粒、金属片、介电结构化材料和膨胀微粒以形成具有体积的混合物，所述介电结构化材料包括泡沫聚苯乙烯或膨胀聚丙烯，其中所述金属片散布在所述可膨胀微粒之间，该金属片的长度和宽度的总和是该金属片厚度的至少十倍；和
在约束所述体积膨胀的同时感应加热所述混合物。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述约束防止所述体积的膨胀。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述结合还包括添加闪光粉和/或闪光碎屑作为所述金属片以形成所述混合物。
27.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述加热增加容器内部的压力，其中所述金属片在至少一侧上具有绝缘材料。
28.根据权利要求24或25所述的方法，其中所述可膨胀微粒和所述膨胀微粒包含丙烯腈丁二烯苯乙烯。
29.通过权利要求24或25所述的方法制造的复合介电材料的整体块，其中所述整体块的体积与所述混合物的体积相同。
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