CN113612032A - 一种人工介质复合体、人工介质透镜和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了人工介质复合体、人工介质透镜及制造方法。所述金属层位于所述板材的正反面，呈交叉金属丝分布；金属层外侧粘接有发泡材料。将所述人工介质复合体填充在所述人工介质透镜轮廓构成的空间内。本申请解决现有技术方法制造难度高的问题。

Description

一种人工介质复合体、人工介质透镜和制造方法
技术领域
本申请涉及无线电天线领域，尤其涉及一种人工介质复合体、人工介质透镜及制造方法。
背景技术
龙伯透镜或伦伯透镜可以将入射的特定波长的电磁波汇聚，同样的，它也可以将电磁波沿着原方向反射回去。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。以前有很多人采用钻孔的方法，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。
发明内容
为实现上述目的，本申请实施例提供一种人工介质复合体、人工介质透镜和制造方法，解决现有技术方法制造难度高的问题。
第一方面，本申请提出一种人工介质复合体，包含板材、金属层、发泡材料。所述金属层位于所述板材的正反面，呈交叉金属丝分布。金属层外侧粘接有发泡材料。
优选地，所述金属层的交叉金属丝分布，是在印刷电路板表面通过印刷电路技术制成或者在PC板表面用电镀的方式制成。
优选地，所述发泡材料为以下任意一种：EPE珍珠棉、EPS、EVC材料。
优选地，所述板材为印制电路板或PC板基材，厚度为0.05～0.3mm。
优选地，所述人工介质复合体整体形状呈立方体，棱长为3～6mm。
第二方面，本申请提出一种人工介质透镜，将所述人工介质复合体的颗粒填充在所述人工介质透镜轮廓构成的空间内。
优选地，所述人工介质透镜轮廓为球形、椭球型或圆柱形。
第三方面，本申请提出一种人工介质复合体制造方法，用于制成本申请第一方面任意一项所述的人工介质复合体，包含以下步骤：
在所述板材的表面用印刷电路的方法或电镀的方法生成交叉金属丝分布；
在金属层外侧粘接发泡材料，形成设定厚度的所述人工介质复合体的复合层结构；
将所述复合层结构裁剪为立方体。
优选地，进一步包含以下步骤：通过改变金属丝的宽度和/或间距，改变所述人工介质复合体的等效介电常数。
第四方面，本申请还提出一种人工介质透镜制造方法，使用本申请所述人工介质复合体的颗粒，包含以下步骤：
构造所述人工介质透镜的整体轮廓，或将所述人工介质透镜分解为多层结构，构造每一层结构的轮廓；
将所述人工介质复合体灌装填充所述轮廓内。
优选地，本申请的方法中，设定所述人工介质透镜整体或每一层结构轮廓内的等效介电常数；将符合所述等效介电常数的人工介质复合体灌装在所述轮廓内。
优选地，所述人工介质透镜是通过多层不同等效介电常数的层结构构成，从中心层到最外层的等效介电常数由高到低分布，等效介电常数为1.05～2.1。
优选地，本申请的方法中，将等效介电常数为1.8～2.1之间的人工介质复合体灌装填充在中心球内；将等效介电常数为1.4～1.7之间的人工介质复合体灌装填充在球体中间层内；将介电常数为1.05～1.3之间的人工介质复合体灌装填充在球体最外层。
本发明具有如下优点：
本发明提供的方法制成的人工介质球透镜重量超轻，频率超宽，能够满足多种天线的应用需求，产品的一致性高，性能稳定，且特别适用于移动通信4G、5G、WIFI、多MIMO甚至毫米波移动通信天线行业使用。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请的人工介质复合体的结构示意图；
图2为本申请的人工介质复合体颗粒散布示意图；
图3为本申请人工介质复合体制造方法的实施例流程图；
图4为本申请人工介质透镜制造方法的实施例流程图；
图5为本申请人工介质透镜半球组合示意图；
图6为本申请人工介质透镜整球组合示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本申请的人工介质复合体的结构示意图。
本申请提出一种人工介质复合体10，包含板材11、金属层12、发泡材料13。所述金属层位于所述板材的正反面，呈交叉金属丝分布。金属层外侧粘接有发泡材料。
优选地，所述金属层的交叉金属丝分布，是在印刷电路板表面通过印刷电路技术制成或者在PC板表面用电镀的方式制成。
优选地，所述发泡材料为以下任意一种：EPE珍珠棉、EPS、EVC材料。
优选地，所述板材为印制电路板或PC板基材，厚度为0.05～0.3mm。
例如，所述人工介质复合体是用0.05mm-0.3mm厚度的印刷电路板或在PC版上面电镀金属丝分布在板材的正反面，通过交叉经纬丝的原理来制做。
具体地，例如所述金属线段的数量在正反面各2至6根，每根金属线的宽度大约在0.05mm-0.3mm之间。
优选地，所述人工介质复合体整体形状呈立方体，棱长为3～6mm。
例如所述人工介质复合体在用发泡材料是EPE珍珠棉或EPS或EVA材料把带有经纬丝的印刷电路板或在PC版上面电镀金属丝分布的板材上进行粘接，再用裁剪机把大片粘接好的材料裁剪到大小3mm-6mm的立方体即可。
图2为本申请的人工介质复合体颗粒散布示意图。图2呈现大量人工介质复合体的颗粒随机散布的状态。
图3为本申请人工介质复合体制造方法的实施例流程图。
本申请提出一种人工介质复合体制造方法，用于制成本申请第一方面任意一项所述的人工介质复合体，包含以下步骤：
步骤101、在所述板材的表面用印刷电路的方法或电镀的方法生成交叉金属丝分布。
在印刷电路板正反面印制经纬丝，用0.05mm-0.3mm厚度的印刷电路板或在PC板上面电镀金属丝分布在板材的正反面，通过交叉经纬丝的原理来制做，金属丝线的宽度大约在0.05mm-0.3mm之间，金属丝线的间距是0.3mm-3mm之间。印刷线路板尺寸大小可以是Nm*1m*Xm。
步骤102、在金属层外侧粘接发泡材料，形成设定厚度的所述人工介质复合体的复合层结构。
将单面附胶的发泡材料EPE珍珠棉或EPS或EVA材料用于制作形成基材；
将单面附胶的基材双层通过粘接机器把印制金属丝的板材粘接在基材中间形成大片的人工介质体导电材料
步骤103、将所述复合层结构裁剪为立方体。
例如，用剪切机把制作好的材料剪切成大小3mm～6mm的立方体。优选地，为正立方体。
不同等效介电常数的大小就用金属丝的稀密度来调节即可。例如，重复以上步骤102～103，通过改变金属丝的宽度和/或间距，改变所述人工介质复合体的等效介电常数。按以上方法就可以制造出不同介电常数的人工介质体复合体。
图4为本申请人工介质透镜制造方法的实施例流程图。
本申请还提出一种人工介质透镜制造方法，使用本申请所述人工介质复合体的颗粒，包含以下步骤：
步骤201、构造所述人工介质透镜的整体轮廓，或将所述人工介质透镜分解为多层结构，构造每一层结构的轮廓。
例如，人工介质球透镜的轮廓形状是圆球或类圆球或椭球或类椭球。
步骤202、将所述人工介质复合体灌装填充所述轮廓内。
具体地，将大量人工介质复合体的颗粒灌装填充所述轮廓内，当装满轮廓时，灌装的量由轮廓的容积所决定；在灌装时，复合体的本体方向是随机分布的。
优选地，本申请的方法中，设定所述人工介质透镜整体或每一层结构轮廓内的等效介电常数；将符合所述等效介电常数的人工介质复合体灌装在所述轮廓内。
优选地，所述人工介质透镜是通过多层不同等效介电常数的层结构构成，从中心层到最外层的等效介电常数由高到低分布，例如，通过要求把不同介电常数的导电材料灌装到提前准备好的多层球形状的容器中，通过2～20层不同介电常数的球形从高介电常数到低介电常数由球内芯向外层以此排列。等效介电常数为1.05～2.1。
优选地，本申请的方法中，将等效介电常数为1.8～2.1之间的人工介质复合体灌装填充在中心球内；将等效介电常数为1.4～1.7之间的人工介质复合体灌装填充在球体中间层内；将介电常数为1.05～1.3之间的人工介质复合体灌装填充在球体最外层。
本申请实施例中“等效介电常数”的值，均为相对介电常数。
步骤203、人工介质球透镜与不同频段的天线结合，在测量天线性能的微波暗室检验，测试天线的增益、方向图、各项电指标和重量，并与预定值比较，调整各层的介电常数值或各个半球形壳体尺寸，直至符合设计要求，形成人工介质球透镜。
因此，本申请还提出一种人工介质透镜，将所述人工介质复合体的颗粒填充在所述人工介质透镜轮廓构成的空间内制成。优选地，所述人工介质透镜轮廓为球形、椭球型或圆柱形。
图5为本申请人工介质透镜半球组合示意图。
介电常数不同的人工介质导电材料密度不同，使球形状容器内心往外灌装不同介电常数的导电材料，制备成半球形透镜51。
将按照下表准备的球壳尺寸准备完毕，依照附图5通过要求把不同介电常数的导电材料灌装到提前准备好的多层半球形状的容器中，通过1～5层不同介电常数的半球形从高介电常数到低介电常数由球内芯向外层以此排列，第一层半球壳灌装介电常数是2.0的人工介质体导电材料，第二层半球壳灌装介电常数是1.8的人工介质体导电材料，第三层半球壳灌装介电常数是1.6的人工介质体导电材料，第四层半球壳灌装介电常数是1.4的人工介质体导电材料，最外第五层半球壳灌装介电常数是1.15的人工介质体导电材料。
球层数 1 2 3 4 5
介电常数(εr) 2.0 1.8 1.6 1.4 1.15
球壳外径(mm) 100 150 200 250 300
球壳内径(mm) / 100 150 200 250
图6为本申请人工介质透镜整球组合示意图。
把两个半球51，52合并成一个整体球状介质体即可。这样就将两个所述半球形状容器合成一个完整的球形。通过球心将各不同球形状的容器套装成一个完整的多层的球体形状，制造出完整的人工介质球透镜。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种人工介质复合体，其特征在于，包含板材、金属层、发泡材料；
所述金属层位于所述板材的正反面，呈交叉金属丝分布；
金属层外侧粘接有发泡材料。
2.如权利要求1所述人工介质复合体，其特征在于，所述金属层的交叉金属丝分布，是在印刷电路板表面通过印刷电路技术制成或者在PC板表面用电镀的方式制成。
3.如权利要求1所述人工介质复合体，其特征在于，所述发泡材料为以下任意一种：EPE珍珠棉、EPS、EVC材料。
4.一种人工介质透镜，其特征在于，将权利要求1～3任意一项所述人工介质复合体填充在所述人工介质透镜轮廓构成的空间内。
5.如权利要求4所述的人工介质透镜，其特征在于，所述人工介质透镜轮廓为球形、椭球型或圆柱形。
6.一种人工介质复合体制造方法，用于制成如权利要求1～3任意一项所述的人工介质复合体，其特征在于，包含以下步骤：
在所述板材的表面用印刷电路的方法或电镀的方法生成交叉金属丝分布；
在金属层外侧粘接发泡材料，形成设定厚度的所述人工介质复合体的复合层结构；
将所述复合层结构裁剪为立方体；
通过改变金属丝的宽度和/或间距，改变所述人工介质复合体的等效介电常数。
7.一种人工介质透镜制造方法，使用权利要求1～3任意一项所述人工介质复合体，其特征在于，包含以下步骤：
构造所述人工介质透镜的整体轮廓，或将所述人工介质透镜分解为多层结构，构造每一层结构的轮廓；
将所述人工介质复合体灌装填充所述轮廓内。
8.如权利要求7所述的人工介质透镜制造方法，其特征在于，
设定所述人工介质透镜整体或每一层结构轮廓内的等效介电常数；
将符合所述等效介电常数的人工介质复合体灌装在所述轮廓内。
9.如权利要求7所述的人工介质透镜制造方法，其特征在于，
所述人工介质透镜是通过多层不同等效介电常数的层结构构成，从中心层到最外层的等效介电常数由高到低分布，等效介电常数为1.05～2.1。
10.如权利要求7所述的人工介质透镜制造方法，其特征在于，将等效介电常数为1.8～2.1之间的人工介质复合体灌装填充在中心球内；将等效介电常数为1.4～1.7之间的人工介质复合体灌装填充在球体中间层内；将介电常数为1.05～1.3之间的人工介质复合体灌装填充在球体最外层。
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