CN113690609A - 一种天线罩及其制作方法、天线系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种天线罩及其制作方法、天线系统。天线罩，依次包括：第一保护层，所述第一保护层的厚度小于第一预设厚度；第一粘贴层，所述第一粘贴层的厚度小于第二预设厚度；空气板材层，所述空气板材层的介电常数与空气的介电常数之间的差值小于预设值，所述空气板材层和所述第一保护层通过所述第一粘贴层粘贴；第二粘贴层，所述第二粘贴层的厚度小于第三预设厚度；第二保护层，所述第二保护层的厚度小于第四预设厚度，所述空气板材层和所述第二保护层通过所述第二粘贴层粘贴。该天线罩具有高透波率和高适用性。
Description
技术领域
本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种天线罩及其制作方法、天线系统。
背景技术
天线罩，是一种保护天线系统免受外部环境影响的结构物，在电气性能上需要具有良好的电磁波穿透特性。对于毫米波频段，波长较短，衍射能力不足，在穿透普通的玻璃钢等天线罩材料时，容易产生较大的反射和折射，从而产生相位偏差，天线方向图出现较大畸变，透波率变差。在5G毫米波通信中，由于波束扫描，当电磁波大角度穿透天线罩时，这种方向图的畸变更加明显。
传统的车载雷达天线的天线罩，一般采用半个介质波长厚度的天线罩，或者半个空气波长的间距(天线罩与天线之间的间距)来实现较高的透波率，但是这种方法只能适用于窄带毫米波天线，对于宽频毫米波天线几乎没有作用。
因此，现有的天线罩不能充分保证高透波率，适用性较差。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种天线罩及其制作方法、天线系统，用以提高天线罩的透波率和适用性。
第一方面，本申请实施例提供一种天线罩，依次包括：第一保护层，所述第一保护层的厚度小于第一预设厚度；第一粘贴层，所述第一粘贴层的厚度小于第二预设厚度；空气板材层，所述空气板材层的介电常数与空气的介电常数之间的差值小于预设值，所述空气板材层和所述第一保护层通过所述第一粘贴层粘贴；第二粘贴层，所述第二粘贴层的厚度小于第三预设厚度；第二保护层，所述第二保护层的厚度小于第四预设厚度，所述空气板材层和所述第二保护层通过所述第二粘贴层粘贴。
在本申请实施例中，与现有技术相比，第一方面，通过使空气板材层的介电常数与空气的介电常数之间的差值小于预设值，使得空气板材层的介电常数与空气的介电常数较为接近，因此，在电磁波穿透空气板材时，几乎没有反射和折射，和在空气中传输一样，进而可以实现各类电磁波的高透波率。另一方面，天线罩的外层(保护层)和粘贴层(实现保护层与空气板材层的粘贴)的厚度也分别小于对应的预设厚度，可以减轻外层和粘贴层对电磁波穿透产生的影响，保证各类电磁波的高透波率。并且，该天线罩通过实际应用验证，天线罩与天线之间的间距变化也不会对透波率产生影响，因此，该天线罩具有高透波率，适用性较高。
作为一种可能的实现方式，所述空气板材层通过：中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯按照预设比例制成。
在本申请实施例中，通过中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯按照预设比例混合成型的空气板材层，其介电常数与空气的介电常数接近，使空气板材层具有高透波率。
作为一种可能的实现方式，所述第一保护层和所述第二保护层均为聚四氟乙烯板材。
在本申请实施例中，聚四氟乙烯板材具有较好的机械性能；使用温度范围也较为广泛(-180度到250度)；而且吸水率极低，不会因为雨水，环境湿度的问题，造成天线罩变形；另外水汽对毫米波的衰减极大，通过该吸水率低的材料作为保护层，还可以避免毫米波的衰减。将其作为天线罩最外层的材料，可以对天线罩起到较好的保护作用。
作为一种可能的实现方式，所述第一粘贴层和所述第二粘贴层均为碳氢树脂。
在本申请实施例中，碳氢树脂具有较好的粘贴性能，可以实现保护层与空气板材层之间稳定且有效的粘贴。
作为一种可能的实现方式，所述第一预设厚度、所述第二预设厚度、所述第三预设厚度以及所述第四预设厚度均小于或者等于0.3mm。
在本申请实施例中，小于或者等于0.3mm的厚度能够保证保护层和粘贴层的厚度尽量小，避免对电磁波的透波率产生的影响。
作为一种可能的实现方式，所述空气板材层的厚度为3mm～5mm。
在本申请实施例中，空气板材层的厚度为3mm～5mm，可以保证其高透波率。
作为一种可能的实现方式，所述天线罩应用于宽频毫米波天线。
在本申请实施例中，天线罩适用于各类天线，适用性较高，因此，在将其应用于宽频毫米波天线，可以保证宽频毫米波的高透波率。
第二方面，本申请实施例提供一种天线罩的制作方法，应用于第一方面以及第一方面的任意一种可能的实现方式中所述的天线罩，该制作方法包括：将所述第一保护层、所述第一粘贴层、所述空气板材层、所述第二粘贴层和所述第二保护层依次堆叠，并高温压合成型，获得所述天线罩。
在本申请实施例中，通过将将所述第一保护层、所述第一粘贴层、所述空气板材层、所述第二粘贴层和所述第二保护层依次堆叠，并高温压合成型，所获得的天线罩具有高透波率和高适用性。
第三方面，本申请实施例提供一种天线系统，包括天线，以及设置在所述天线上方的如第一方面以及第一方面的任意一种可能的实现方式中所述的天线罩；所述天线罩与所述天线之间间隔预设距离，所述天线罩用于保护所述天线。
在本申请实施例中，通过第一方面以及第一方面的任意一种可能的实现方式中所述的天线罩对天线进行保护，保证高透波率，且通过实际应用验证，天线罩与天线之间的间距变化也不会对透波率产生影响，因此，预设距离可以结合不同的场景灵活设置，使天线系统的适用性也更高。
作为一种可能的实现方式，所述天线为：宽频毫米波天线。
在本申请实施例中，天线罩可以保证宽频毫米波天线的高透波率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的天线系统的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的天线罩的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的仿真曲线图；
图4为本申请实施例提供的37GHz频点在有天线罩和无天线罩下的±45度扫描方向图；
图5为本申请实施例提供的40GHz频点在有天线罩和无天线罩下的±45度扫描方向图；
图6为本申请实施例提供的43.5GHz频点在有天线罩和无天线罩下的±45度扫描方向图。
图标：10-天线系统；110-天线；120-天线罩；121-第一保护层；122-第一粘贴层；123-空气板材层；124-第二粘贴层；125-第二保护层。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
请参照图1，为本申请实施例提供的天线系统10的结构示意图，天线系统10包括天线110和天线罩120，天线罩120与天线110之间间隔预设距离，天线罩120用于保护天线110。
天线110，可以采用天线阵列的形式，例如，毫米波天线阵列。毫米波天线阵列可以由1*4的毫米波天线单元组成，每个毫米波天线单元采用微带叠层设计。
在本申请实施例中，天线110可以是宽频毫米波天线，也可以是窄带宽毫米波天线。对于宽频毫米波天线，天线110的工作频点在5G毫米波的高频段，中心频点37GHz。由于微带一般带宽较窄，通过寄生方式可实现宽频带，天线110馈电方式为pin针直接馈电，极化方式为水平或者垂直极化。天线110极化也可以用2个pin针直接馈电实现水平垂直双极化。
5G毫米波的频段，可以包括高频39GHz，和28GHz的低频部分；毫米波天线阵列也可以设计成2*4方案，分别是28GHz+39GHz宽频带。在实际应用时，由于频率越高，波长越短，天线罩120的影响也越大，因此在对天线罩120进行应用验证时，可以仅设计高频39GHz的天线阵列。
请参照图2，为本申请实施例提供的天线罩120的结构示意图，天线罩120依次包括：第一保护层121，第一粘贴层122，空气板材层123，第二粘贴层124以及第二保护层125。
可以理解，图2所示的天线罩120的结构为天线罩120的层叠结构，关于天线罩120的整体结构，比如：形状、大小等，结合具体的应用场景，可以采用不同的实施方式，在本申请实施例中不作详细介绍。
其中，第一保护层121的厚度小于第一预设厚度；第一粘贴层122的厚度小于第二预设厚度；第二粘贴层124的厚度小于第三预设厚度；第二保护层125的厚度小于第四预设厚度。
空气板材层123的介电常数与空气的介电常数之间的差值小于预设值，空气板材层123和第一保护层121通过第一粘贴层122粘贴；空气板材层123和第二保护层125通过第二粘贴层124粘贴。
在本申请实施例中，与现有技术相比，第一方面，通过使空气板材层123的介电常数与空气的介电常数之间的差值小于预设值，使得空气板材层123的介电常数与空气的介电常数较为接近，因此，在电磁波穿透空气板材时，几乎没有反射和折射，和在空气中传输一样，进而可以实现各类电磁波的高透波率。另一方面，天线罩120的外层(保护层)和粘贴层(实现保护层与空气板材层123的粘贴)的厚度也分别小于对应的预设厚度，可以减轻外层和粘贴层对电磁波穿透产生的影响，保证各类电磁波的高透波率。并且，该天线罩120通过实际应用验证，天线罩120与天线110之间的间距变化也不会对透波率产生影响，因此，该天线罩120具有高透波率，适用性较高。
接下来分别对天线罩120各个层的实施方式进行详细介绍。
作为一种可选的实施方法，第一保护层121和第二保护层125均为聚四氟乙烯板材。
聚四氟乙烯(英文名为Poly tetra fluoroethylene，简写为PTFE)，是一种具有较好的机械性能，且使用温度范围也较为广泛(-180度到250度)；而且吸水率极低，不会因为雨水，环境湿度的问题，造成天线罩120变形。另外，水汽对毫米波的衰减极大，通过该吸水率低的材料作为保护层，还可以避免毫米波的衰减。因此，综合各个方面，采用PTFE作为保护层，可以对天线罩120起到较好的保护作用。
作为一种可选的实施方式，第一粘贴层122和第二粘贴层124均为碳氢树脂。由于保护层和空气板材层123均没有粘贴性，通过粘贴层，可以实现保护层与空气板材层123的粘贴。
在本申请实施例中，碳氢树脂具有较好的粘贴性能，可以实现保护层与空气板材层123之间稳定且有效的粘贴。
基于上述粘贴层和保护层的实施方式，PTFE的介电常数为2.0；碳氢树脂的介电常数为2.4，空气的介电常数为1.0。可以看出，粘贴层和保护层与空气的介电常数之间的差距较大，为了尽可能减少粘贴层和保护层对透波率产生的影响，在本申请实施例中，粘贴层和保护层的厚度应当尽量小。
因此，作为一种可选的实施方式，第一预设厚度、第二预设厚度、第三预设厚度以及第四预设厚度均小于或者等于0.3mm。在粘贴层的厚度小于或者等于0.3mm的情况下，毫米波传播产生的相位偏差较小，方向图畸变不明显，不会对毫米波的透波率产生影响。
在本申请实施例中，小于或者等于0.3mm的厚度能够保证保护层和粘贴层的厚度尽量小，避免对电磁波的透波率产生的影响。
作为一种可选的实施方式，空气板材层123通过：中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯按照预设比例制成。
由中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯按照预设比例制成的空气板材层123的介电常数极低，约为1.07，与空气的介电常数之间的差距仅为0.07，因此，其可以近似于空气，能够实现高透波率。
其中，中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯的比例，可以结合实际的应用场景进行合理设置，在本申请实施例中不作限定。以及，中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯制成空气板材层123的方式可以是混合成型，即先将预设比例的中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯混合，然后再固定成型，以形成空气板材层123。
作为一种可选的实施方式，空气板材层123的厚度为3mm～5mm。在实际应用时，其厚度可以为4mm。
由于空气板材层123的介电常数与空气的接近，其厚度不会对透波率产生影响，当考虑到天线罩120的整体结构，可以将其厚度可以限定在一定的范围内。
通过上述各个层的实施方式介绍可以看出，本申请实施例所提供的天线罩120，具有轻巧，防水，耐高低温，机械性能好等优点，可以很好的保护好天线110单元。另外由于其特殊的板材设计，可应用于在5G宽带毫米波频段，除了垂直入射，在大角度入射的电磁波都有着很高的透波性。
基于天线罩120的结构介绍，本申请实施例还提供一种天线罩120的制作方法，该制作方法可以应用于天线罩120的制作。该制作方法包括：将第一保护层121、第一粘贴层122、空气板材层123、第二粘贴层124和第二保护层125依次堆叠，并高温压合成型，获得天线罩120。
在这种实施方式中，先将各个层依次堆叠，然后基于堆叠后的结构，进行高温压合成型，便可完成天线罩120的制作，最终制作完成的天线罩120具有高透波率和高适用性。
为了证明本申请实施例所提供的天线罩120所能够带来的技术效果，接下来对该天线罩120的可行性的验证进行介绍。
基于图1所示的天线系统10，构建天线系统10对应的仿真模型。在仿真模型中，天线罩120的尺寸为32mm*48mm；毫米波天线阵列由1*4的毫米波天线单元组成。每个毫米波天线单元采用微带叠层设计，天线110的工作频点在5G毫米波的高频段，中心频点37GHz。由于微带一般带宽较窄，寄生方式可实现宽频带，天线110馈电方式为pin针直接馈电，极化方式为水平或者垂直极化。天线110极化也可以用2个pin针直接馈电实现水平垂直双极化。5G毫米波频段除了高频39GHz，还有28GHz的低频部分，由于频率越高，波长越短，天线罩120的影响也越大，因此仿真单元只设计了高频39GHz的天线阵列。实际毫米波天线阵列可设计成2*4方案，分别是28GHz+39GHz宽频带。
基于该仿真模型，测试天线罩120对毫米波天线的S参数的影响。S参数，也就是散射参数，是微波传输中的一个重要参数。其中，S11代表端口的反射系数，S21代表相邻的两个天线单元之间的隔离度。
请参照图3，为基于仿真模型进行仿真获得的S参数与带宽的关系曲线，在图3中，曲线1和曲线2分别代表毫米波天线阵列没有天线罩120时候的S11和S21，可以看出，当天线110没有天线罩120时，S11的带宽37GHz-43.5GHz；可覆盖n259(39.5GHz-43.5GHz)，n260(37GHz-40GHz)，S21为-14.5dB。
为了研究天线罩120与天线110之间的距离对天线110的影响，仿真中还做了参数扫描，天线罩120和天线阵列之间的距离D从0-3mm，然后取0.5mm为一个步进。曲线3-5、以及曲线6-8分别为天线罩120和天线110之间的不同距离下的S11和S21。从图上可以看出，不同的距离对于天线110的S11和S21的影响几乎不大，甚至比不加天线罩120的时候更好一些。
因此，通过本申请实施例的天线罩120，由于具有高透波率，所以无需考虑天线110与天线罩120之间的距离，即天线110与天线罩120之间的距离不会对透波率产生影响。
基于该仿真模型，除了对S参数进行仿真，还对不同频点的方向图进行仿真，仿真结果请参见图4-图6，其中，图4为37GHz的方向图，图5为40GHz的方向图，图6为43.5GHz的方向图。
通过仿真发现，在增加天线罩120之后，天线罩120与天线110之间的不同的距离在主瓣在0°和±45°扫描角度下，在不同频点时，天线罩120与天线110之间的距离变化对天线110方向图几乎没有影响，这种没有影响主要体现在，方向图没有出现波纹，增益没有降低。
因此，采用本申请实施例所提供的天线罩120，天线罩120和天线110之间的距离，不会影响天线110的性能；不管在电磁波垂直入射或者±45°入射，和不加天线罩120效果差不多，加了天线罩120不会影响天线110的性能。
除了仿真，还对天线罩120对天线110的性能影响进行测试。表1为支持n260的5G毫米波天线110模组在暗室的测试结果。在测试之前，天线罩120做了泡水测试，全部浸水之后1天再取出，天线110的外形没有明显的变化；说明天线罩120材料不吸水。在测试时，分别测试n260频段的Tx和Rx。
表1
从表1可以看出，在n260频段，作为发射天线，当扫描角度在40度的时候，对比于不加天线罩120，天线110的ERIP(Effective Isotropic Radiated Power，等效全向辐射功率)值降低了-0.22dBm。在n260频段，作为接收天线，当扫描角度在40度的时候，对比于不加天线罩120，天线110的EIS(Equivalent omnidirectional sensitivity，等效全向灵敏度)值降低了-0.37dbm。可以看出，该天线罩120对于毫米波的衰减影响非常小。
此外，该较小的衰减产生的原因可能跟材料的加工工艺，防水试验之后残留的水分，以及暗室测试的误差均有关系。不过天线110不管作为接收或者发射，在40度的扫描角度，天线110的衰减量均在0.5dbm以内，符合预计的要求。
因此，通过暗室的天线110测试，更进一步的验证的该天线罩120设计的可行性。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种天线罩，其特征在于，依次包括：
第一保护层，所述第一保护层的厚度小于第一预设厚度；
第一粘贴层，所述第一粘贴层的厚度小于第二预设厚度；
空气板材层，所述空气板材层的介电常数与空气的介电常数之间的差值小于预设值，所述空气板材层和所述第一保护层通过所述第一粘贴层粘贴；
第二粘贴层，所述第二粘贴层的厚度小于第三预设厚度；
第二保护层，所述第二保护层的厚度小于第四预设厚度，所述空气板材层和所述第二保护层通过所述第二粘贴层粘贴。
2.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述空气板材层通过：中空微珠、聚甲丙烯酰亚胺和聚四氟乙烯按照预设比例混合成型。
3.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述第一保护层和所述第二保护层均为聚四氟乙烯板材。
4.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述第一粘贴层和所述第二粘贴层均为碳氢树脂。
5.根据权利要求1-4任一项所述的天线罩，其特征在于，所述第一预设厚度、所述第二预设厚度、所述第三预设厚度以及所述第四预设厚度均小于或者等于0.3mm。
6.根据权利要求1-4任一项所述的天线罩，其特征在于，所述空气板材层的厚度为3mm～5mm。
7.根据权利要求1所述的天线罩，其特征在于，所述天线罩应用于宽频毫米波天线。
8.一种天线罩的制作方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的天线罩，所述制作方法包括：
将所述第一保护层、所述第一粘贴层、所述空气板材层、所述第二粘贴层和所述第二保护层依次堆叠，并高温压合成型，获得所述天线罩。
9.一种天线系统，其特征在于，包括：
天线；以及设置在所述天线上方的如权利要求1-7任一项所述的天线罩；
所述天线罩与所述天线之间间隔预设距离，所述天线罩用于保护所述天线。
10.根据权利要求9所述的天线系统，其特征在于，所述天线为：宽频毫米波天线。
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| CN202110965769.7A Pending CN113690609A (zh) | 2021-08-23 | 2021-08-23 | 一种天线罩及其制作方法、天线系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113690609A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102709695A (zh) * | 2012-06-26 | 2012-10-03 | 郴州希典科技有限公司 | 高透波率新型天线罩 |
| US20150295306A1 (en) * | 2014-04-10 | 2015-10-15 | Airbus Defence and Space GmbH | Electromagnetic highly transparent radome for multi-band applications and wideband applications |
| CN107641281A (zh) * | 2017-08-17 | 2018-01-30 | 常州中英科技股份有限公司 | 一种高透波率的asa树脂混合物及其制备的天线罩 |
| CN112993562A (zh) * | 2019-12-18 | 2021-06-18 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种夹层结构雷达天线罩及其制备方法 |
| CN113036421A (zh) * | 2019-12-09 | 2021-06-25 | 康普技术有限责任公司 | 用于基站天线的天线罩及基站天线 |
-
2021
- 2021-08-23 CN CN202110965769.7A patent/CN113690609A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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