CN116247442A - 一种电磁波透镜及电磁波透镜的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电磁波透镜，包括本体，该本体包括若干介质层；所述介质层包括有基材和布设在基材内的介质体，所述基材是在干燥前具有良好塑性和可搅拌性，在干燥后形状固定且塑性消失的材料；所述介质体的介电常数高于基材的介电常数，介质体用于提升所在介质层的介电常数；若干介质层呈层层包裹设置，且由内至外介质层的介电常数是越来越低的。本电磁波透镜具有生产成本低、生产效率高且易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜等特点。本发明还涉及一种电磁波透镜的生产方法，该电磁波透镜的生产方法具有生产工艺简单、生产效率高，且易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜等特点。
Description
技术领域
本发明涉及通信设备生产领域，更具体地说，涉及电磁波透镜和电磁波透镜的生产方法。
背景技术
龙伯透镜是电磁波透镜的一种，龙伯透镜由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、雷达反射器等领域。
龙伯透镜的经典模型是：龙伯透镜从球心到外径其介电常数应该是从2到1遵从一定的数学规律连续变化。但自然界里并不存在这样理想的结构，所以在实际设计中常用分层的、介电常数阶变的结构来逼近理论结构。
现时的电磁波透镜一般包括由发泡材料构成的本体和分布在本体内的介电颗粒构成。采用发泡材料制成的电磁波透镜的生产方法有以下几种：
一种是逐层发泡的方法，以中间球核为基础，逐层包裹逐层发泡，在发泡过程中需要将介电颗粒进行固定，在生产时由于化学发泡的稳定性较差，容易形成发泡不均匀的现象，以导致介电颗粒的位置难以确定，这样难以生产出指标稳定的高性能电磁波透镜；另外，该生产工艺还需要用到专用的发泡模具和设备，生产成本高，生产效率低。
二种是分层设计的方法，先独立地制作各层，然后再将这些层粘合在一起，这样的方法生产出来的电磁波透镜各层分界面明显，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。另外，电磁材料层一般是由介质颗粒制成，介质颗粒又由发泡材料和镶嵌在发泡材料内的导电丝构成，在生产介质颗粒时，需要在专用的发泡模具中进行加热发泡，制造出一体积较大且内设有导电丝的介电材料，之后对介电材料进行裁切以制成介电颗粒，这样的生产方法生产周期较长，生产成本高。
三种是先采用发泡材料制造出本体，再往本体内插入导电丝的方法，这样的方法如中国专利2020104804695、名称为“一种龙伯透镜及该龙伯透镜的生产方法”所述的技术方案那样，在生产时需要用到精密的导电丝插装装置，采用导电丝插装装置来将导电丝一根根插入至本体内，这样的方法生产效率较低，导电丝插装装置的生产成本较高，也使得电磁波透镜的生产成本过高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁波透镜，该电磁波透镜具有结构简单、设计科学、生产成本低、生产效率高且易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜等优点。
本电磁波透镜的技术方案是这样实现的：一种电磁波透镜，包括本体，该本体包括若干介质层；特别地，所述介质层包括有基材和布设在基材内的介质体，所述基材是在干燥前具有良好塑性和可搅拌性，在干燥后形状固定且塑性消失的材料；所述介质体的介电常数高于基材的介电常数，介质体用于提升所在介质层的介电常数；若干介质层呈层层包裹设置，且由内至外介质层的介电常数是越来越低的。
通过以上的技术方案，在生产时可直接将介质体与基材进行搅拌混合得到各种介电常数的介质材料，之后再将介质材料层层包裹即可，一层介质材料对应形成一介质层，并且若干介质层中，由内至外是符合介电常数是越来越低这个规律的。在生产时，可在形成较内层的介质层的介质材料未完全干燥之前便包裹上形成较外层的介质层的介质材料，这样使得生产时较内层的介质层的基材与较外层的介质层的基材可几乎同时干燥因而连接为一整体，这样不会出现较内层的介质层与较外层的介质层之间存在分界的问题。本方案中所述的基材是指超轻粘土，超轻粘土是现有成熟产品，是一种环保、无毒、可自然风干的常用于手工造型的材料，主要是运用高分子材料发泡粉(真空微球)进行发泡，再与聚乙醇、交联剂、甘油等材料按照一定的比例物理混合制成，其密度通常为0.25～0.28g/cm3。作为介质体的载体，干燥后的超轻粘土的介电常数是追求尽可能地低的，实测其介电常数在1.2左右。采用超轻粘土来制造电磁波透镜时，在其未干燥之前：可以充分利用其良好的可搅拌性来与介质体进行充分的物理搅拌混合，令介质体在其内部分布均匀，并利用模具来使得透镜中的各层都具有非常工整的轮廓和平滑的表面，并且此时很容易在模具中进行混合材料的增加或减少，混合材料指未干燥的超轻粘土以及在其中均匀分布的介质体；在超轻粘土干燥后：超轻粘土与介质体的密合度极佳，在静待或制造条件让超轻粘土干燥后即可定型，介质体在超轻粘土中的位置不会轻易发生变化，易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜。另外，在整个生产过程中不需进行任何化学反应或处理，除非极端的气温，否则也不需要专门制造温度控制条件，所制得的电磁波透镜尺寸稳定、易于生产、且还具有耐高温、重量轻、抗震性强及不易碎裂等优点。此外，这种将超轻粘土与介质体混合制成的电磁波透镜，在生产时对介质体的体积大小并没有很高的要求，相比于应用在低频段的电磁波透镜，应用在高频段的电磁波透镜往往要求介质体的体积更小、数量更多、分布更均匀，而现时的物理切割颗粒工艺或粉末发泡工艺是难以实现的，但本结构的电磁波透镜却不受该情况的制约，以至于本申请结构的电磁波透镜尤其适用于作为高频段透镜使用。
所述本体是球体或柱体；当本体是球体时，最内层的介质层为实心球体状结构，其余介质层均为球壳状结构；当本体是柱体时，最内层的介质层为实心柱体结构，其余各层均为筒体结构，各介质层的两端面一一对应平齐。在生产时可根据使用要求的需要，生产出不同形状的本体。
为了避免本体受潮，所述本体的外周向面上还涂有防水涂层。
所述介质体是以材质分布规律或密度分布规律或材质分布规律与密度分布规律的结合而分布在本体内的。所述材质分布规律是指：在使用了2种或以上材质的介质体时，介电常数越高的介质体设置在越靠内的介质层中。应当说明的是，材质分布规律还包括不同材质的介质体因混合而形成介电常数值处于过渡值的情形，此时该混合物的介电常数比介电常数较高的单一材质的要低，又比介电常数较低的单一材质的要高，而通过控制不同材质在混合物中所占的比例就可以控制混合物的介电常数的大小。设有介电常数较高的混合物的介质层处于设有介电常数较低的混合物的介质层之内，而介电常数较高的混合物中，高介电常数的材质所占的比例也高，因此此时仍可以理解成介电常数越高的介质体设置在越靠内的介质层中。所述的密度分布规律是指：越靠内的介质层则介质体的分布密度越高，所述分布密度是指介质体的数量与本体内单位体积之间的比值，或者指介质体的重量与本体内单位体积之间的比值。以材质分布规律或者密度分布规律或者材质分布规律与密度分布规律的结合，就可以实现在介质体与本体组合形成有若干介质层中，由内至外介电常数是越来越低的效果。
所述介质体可以是金属颗粒或陶瓷颗粒。
基材干燥后的密度优选在0.15～0.35g/cm3。这样避免电磁波透镜内存有较多的空气而影响电磁波透镜的介电常数。
电磁波透镜的体积可以在500mm3～2m3之间。
本电磁波透镜的有益效果：具有结构简单、设计科学、生产成本低、生产效率高且易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜等优点。
本发明还提供一种电磁波透镜的生产方法，该电磁波透镜的生产方法具有生产工艺简单、生产效率高，且易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜等优点。
本电磁波透镜的生产方法的技术方案是这样实现的：一种电磁波透镜的生产方法，特别地，包括以下生产步骤：
1)制造出若干种介电常数的介质材料；介质材料包括介质体和基材，基材是在干燥前具有良好塑性和可搅拌性，在干燥后形状固定且塑性消失的材料；在制造介质材料时，将若干介质体与基材混合搅拌，使介质体均匀分布在基材中，介质体的介电常数高于基材的介电常数，介质体用于提高所在介质材料的介电常数；
2)将不同介电常数的介质材料呈层层包裹一起，一种介质材料对应形成一种介电常数的介质层；若干介质层中，由内至外介质层的介电常数是越来越低的；
3)等待基材干燥定型，即可构成前一方案所述结构的一种电磁波透镜。
上述技术方案的基材是指超轻粘土，通过利用了超轻粘土的低介电常数、超轻粘土与介质体之间具有较佳的密合度和超轻粘土具有较佳可塑性等特性，在生产时只需将超轻粘土与若干介质体混合搅拌均匀即可得到用于生产电磁波透镜的介质材料，之后再将不同介电常数的介质材料呈层层包裹一起，最后等待超轻粘土干燥定型即可的生产方式，不需进行任何化学处理，生产工艺极其简单，生产效率高。
步骤2)中，在较内层的介质材料未完全干燥之前便包裹上形成较外层的介质材料。这样使得生产时较内层的介质材料的基材与较外层的介质材料的基材可几乎同时干燥因而连接为一整体，这样不会出现较内层的介质材料与较外层的介质材料之间存在分界的问题。
在步骤3)之后，还包括一对电磁波透镜外周向面涂设防水涂层的步骤。这样使得生产出来的电磁波透镜可以防水防潮，以避免电磁波透镜内的超轻粘土遇水而产生变形。
所述介质体可以是金属颗粒或陶瓷颗粒。
本电磁波透镜的生产方法的有益效果：具有生产工艺简单、生产效率高，且易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜等优点。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
图2为图1中A-A方向的剖视结构示意图。
图3为实施例2的结构示意图。
图4为图3中B-B方向的剖视结构示意图。
图5为图3中C-C方向的剖视结构示意图。
附图标记说明：11-本体；12-基材；13-介质体；14-第一介质层；15-第二介质层；16-第三介质层；17-第四介质层；18-防水涂层；
21-第五介质层；22-第六介质层；23-第七介质层；24-第八介质层；25-本体。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，本实施例的一种电磁波透镜，其体积在500mm3～2m3之间；包括本体11，该本体11包括若干介质层；所述介质层包括有基材12和布设在基材12内的介质体13，所述基材12是在干燥前具有良好塑性和可搅拌性，在干燥后形状固定且塑性消失的材料，本实施例中的基材12是超轻粘土；所述介质体13是金属颗粒，具体地介质体13是粉末状的颗粒，介质体13的介电常数高于基材12的介电常数，介质体13用于提升所在介质层的介电常数；若干介质层呈层层包裹设置，且由内至外介质层的介电常数是越来越低的，若干介质层包括由内至外布设的第一介质层14、第二介质层15、第三介质层16和第四介质层17，即第一介质层14、第二介质层15、第三介质层16、第四介质层17四者的介电常数是逐渐变小的。本实施例中的介质体13是以密度分布规律分布在本体11内的，即所用的介质体13的颗粒大小和材质相同，越靠内的介质层的介质体13分布得越密集；本实施例中的本体11具体是做成为球体状结构的，相应地第一介质层14为实心球体状结构，第二介质层15、第三介质层16、第四介质层17均为球壳状结构，这样相邻的2层介质层中，较外层的介质层是对较内层的介质层进行全面包裹的。这样的设计，在生产时可直接将介质体13与基材12进行搅拌混合得到各种介电常数的介质材料，之后再将介质材料层层包裹即可，一层介质材料对应形成一介质层，并且若干介质层中，由内至外是符合介电常数是越来越低这个规律的。在生产时，可在形成较内层的介质层的介质材料未完全干燥之前便包裹上形成较外层的介质层的介质材料，这样使得生产时较内层的介质层的基材12与较外层的介质层的基材12可几乎同时干燥因而连接为一整体，这样不会出现较内层的介质层与较外层的介质层之间存在分界的问题。本方案中所述的基材12是指超轻粘土，超轻粘土是现有成熟产品，是一种环保、无毒、可自然风干的常用于手工造型的材料，主要是运用高分子材料发泡粉(真空微球)进行发泡，再与聚乙醇、交联剂、甘油等材料按照一定的比例物理混合制成，其密度通常为0.25～0.28g/cm3。作为介质体13的载体，干燥后的超轻粘土的介电常数是追求尽可能地低的，实测其介电常数在1.2左右。采用超轻粘土来制造电磁波透镜时，在其未干燥之前：可以充分利用其良好的可搅拌性来与介质体13进行充分的物理搅拌混合，令介质体13在其内部分布均匀，并利用模具来使得透镜中的各层都具有非常工整的轮廓和平滑的表面，并且此时很容易在模具中进行混合材料的增加或减少，混合材料指未干燥的超轻粘土以及在其中均匀分布的介质体13；在超轻粘土干燥后：超轻粘土与介质体13的密合度极佳，在静待或制造条件让超轻粘土干燥后即可定型，介质体13在超轻粘土中的位置不会轻易发生变化，易于生产出指标稳定的高性能电磁波透镜。另外，在整个生产过程中不需进行任何化学反应或处理，除非极端的气温，否则也不需要专门制造温度控制条件，所制得的电磁波透镜尺寸稳定、易于生产、且还具有耐高温、重量轻、抗震性强及不易碎裂等优点。此外，这种将超轻粘土与介质体13混合制成的电磁波透镜，在生产时对介质体13的体积大小并没有很高的要求，相比于应用在低频段的电磁波透镜，应用在高频段的电磁波透镜往往要求介质体13的体积更小、数量更多、分布更均匀，而现时的物理切割颗粒工艺或粉末发泡工艺是难以实现的，但本结构的电磁波透镜却不受该情况的制约，以至于本申请结构的电磁波透镜尤其适用于作为高频段透镜使用。
为了避免本体11受潮，如图1、图2所示，所述本体11的外周向面上还涂有防水涂层。
实施例2
如图3、图4、图5所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：本实施例的本体25是圆柱体状结构的，介质层包括由内至外布设的第五介质层21、第六介质层22、第七介质层23、第八介质层24，第五介质层21为实心柱体结构，第六介质层22、第七介质层23、第八介质层24均为筒体结构，第五介质层21、第六介质层22、第七介质层23、第八介质层24各自的两端面一一对应平齐，这样相邻的2层介质层中，较外层的介质层是对较内层介质层进行半包裹的。不同形状的电磁波透镜可满足不同应用场景的使用需要。
实施例3
本实施例是一种电磁波透镜的生产方法，包括以下生产步骤：
1)制造出若干种介电常数的介质材料；介质材料包括介质体和基材，基材是超轻粘土，它是在干燥前具有良好塑性和可搅拌性，在干燥后形状固定且塑性消失的材料；在制造介质材料时，将若干介质体与基材混合搅拌，使介质体均匀分布在基材中，介质体是金属颗粒，具体地介质体是粉末状的颗粒，介质体的介电常数高于基材的介电常数，介质体用于提高所在介质材料的介电常数；在生产时可通过控制单位体积内介质体的总体积与超轻粘土的体积的比例来得到不同介电常数的介质材料；
2)将不同介电常数的介质材料呈层层包裹一起构成一球体结构，一种介质材料对应形成一种介电常数的介质层；若干介质层中，由内至外介质层的介电常数是越来越低的；该步骤中，在较内层的介质材料未完全干燥之前便包裹上形成较外层的介质材料。这样使得生产时较内层的介质材料的基材与较外层的介质材料的基材可几乎同时干燥因而连接为一整体，这样不会出现较内层的介质材料与较外层的介质材料之间存在分界的问题；
3)等待基材干燥定型，即可构成实施例1所述结构的一种电磁波透镜。
本实施例利用了超轻粘土(即基材)的低介电常数、超轻粘土与介质体之间具有较佳的密合度和超轻粘土具有较佳可塑性等特性，在生产时只需将超轻粘土与若干介质体混合搅拌均匀即可得到用于生产电磁波透镜的介质材料，之后再将不同介电常数的介质材料呈层层包裹一起，最后等待超轻粘土干燥定型即可的生产方式，不需进行任何化学处理，生产工艺极其简单，生产效率高。
再进一步地，在步骤3)之后，还包括一对电磁波透镜外周向面涂设防水涂层的步骤。这样使得生产出来的电磁波透镜可以防水防潮，以避免电磁波透镜内的超轻粘土遇水而产生变形。
Claims (10)
1.一种电磁波透镜，包括本体，该本体包括若干介质层；其特征在于：所述介质层包括有基材和布设在基材内的介质体，所述基材是在干燥前具有良好塑性和可搅拌性，在干燥后形状固定且塑性消失的材料；所述介质体的介电常数高于基材的介电常数，介质体用于提升所在介质层的介电常数；若干介质层呈层层包裹设置，且由内至外介质层的介电常数是越来越低的。
2.根据权利要求1所述的一种电磁波透镜，其特征在于：所述本体是球体或柱体；当本体是球体时，最内层的介质层为实心球体状结构，其余介质层均为球壳状结构；当本体是柱体时，最内层的介质层为实心柱体结构，其余各层均为筒体结构，各介质层的两端面一一对应平齐。
3.根据权利要求1或2所述的一种电磁波透镜，其特征在于：所述本体的外周向面上还涂有防水涂层。
4.根据权利要求1所述的一种电磁波透镜，其特征在于：所述介质体是以材质分布规律或密度分布规律或材质分布规律与密度分布规律的结合而分布在本体内的。
5.根据权利要求1所述的一种电磁波透镜，其特征在于：所述介质体是金属颗粒或陶瓷颗粒。
6.根据权利要求1所述的一种电磁波透镜，其特征在于：基材干燥后的密度在0.15～0.35g/cm3。
7.一种电磁波透镜的生产方法，其特征在于：包括以下生产步骤：
1)制造出若干种介电常数的介质材料；介质材料包括介质体和基材，基材是在干燥前具有良好塑性和可搅拌性，在干燥后形状固定且塑性消失的材料；在制造介质材料时，将若干介质体与基材混合搅拌，使介质体均匀分布在基材中，介质体的介电常数高于基材的介电常数，介质体用于提高所在介质材料的介电常数；
2)将不同介电常数的介质材料呈层层包裹一起，一种介质材料对应形成一种介电常数的介质层；若干介质层中，由内至外介质层的介电常数是越来越低的；
3)等待基材干燥定型，即可构成权利要求1所述结构的一种电磁波透镜。
8.根据权利要求7所述的一种电磁波透镜的生产方法，其特征在于：步骤2)中，在较内层的介质材料未完全干燥之前便包裹上形成较外层的介质材料。
9.根据权利要求7所述的一种电磁波透镜的生产方法，其特征在于：在步骤3)之后，还包括一对电磁波透镜外周向面涂设防水涂层的步骤。
10.根据权利要求7所述的一种电磁波透镜的生产方法，其特征在于：所述介质体是金属颗粒或陶瓷颗粒。
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