CN204012188U - 防雷电导流条和超材料天线罩 - Google Patents

Abstract

公开了一种防雷电导流条和超材料天线罩，其中，所述导流条包括：绝缘基带；多个金属片，固定在所述绝缘基带上，沿所述绝缘基带长度方向间隔设置；所述金属片包括至少一个子金属片，每个子金属片为条状，且两端分别为外凸的弧形。由此，可以增强金属片的固定强度，可以使得防雷击条与超材料天线罩中的金属微结构之间的耦合达到最优化效果，使得导流条对超材料天线罩的透波性能的影响降到最小，同时又具有良好的防雷击性能。

Description

防雷电导流条和超材料天线罩

技术领域

本实用新型涉及雷电防护领域，具体涉及一种防雷电导流条和超材料天线罩。

背景技术

天线罩作为保护天线的部件，一方面需要具有一定的机械强度，另一方面还需要具有良好带内透波特性，以保证频段内的电磁波可以高效率穿透。超材料由基板上排列金属线段构成的具有预定形状的金属微结构构成，其可以利用金属微结构的形状和尺寸来改变超材料的介电常数和/或磁导率，使其具有预期的电磁特性，控制电磁波的传播。超材料是一种良好的透波材料，将其应用于天线罩可以显著提高天线罩对带内电磁波的透波性能。

由于天线罩通常设置于飞行器上或位于较高的位置，其需要设置防雷电导流条以防止被雷电击穿，进而防止损坏天线以及配套的电子设备。防雷电导流条可以将天线罩表面的雷电感生电流导流到相应的接地端子或元件，以避免雷电感生电流击穿天线罩。

对于超材料天线罩，由于超材料中含有金属微结构，防雷电导流条与天线罩金属微结构之间存在耦合作用，会对防雷电导流条的防雷电性能构成一定的负面影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种防雷电导流条和超材料天线罩，克服超材料天线罩中金属微结构对防雷电导流条的负面影响。

第一方面，提供一种防雷电导流条，所述导流条包括：

绝缘基带；

多个金属片，固定在所述绝缘基带上，沿所述绝缘基带长度方向间隔设置；

所述金属片包括至少一个子金属片，每个子金属片为条状，且两端分别为外凸的弧形。

优选地，所述至少一个子金属片为一个子金属片，所述子金属片沿所述绝缘基带的长度方向延伸。

优选地，所述至少一个子金属片为两个子金属片，所述两个子金属片交叉形成为X形的一体结构，相交的部分材料共用。

优选地，所述弧形为圆弧、抛物线弧或椭圆弧。

优选地，所述金属片之间的间距小于等于所述绝缘基带的厚度。

优选地，所述防雷电导流条还包括设置于绝缘基带上的柔性树脂层，所述金属片嵌入设置于所述柔性树脂层上，所述金属片一侧表面暴露在外。

优选地，所述柔性树脂层由含有导电粉末的柔性树脂构成。

第二方面，提供一种超材料天线罩，包括超材料构成的罩体，所述罩体的表面固定设置有至少一根如上所述的防雷电导流条。

优选地，所述超材料具有阵列形式排列的金属微结构，所述防雷电导流条的长度大于位于其下方罩体中具有金属微结构的区域的沿所述防雷电导流条的延伸方向的长度。

优选地，所述罩体表面设置有槽，所述防雷电导流条设置于所述槽中。

通过使得金属片的端部为弧形，可以增强金属片的固定强度，可以使得防雷击条与超材料天线罩中的金属微结构之间的耦合达到最优化效果，使得导流条对超材料天线罩的透波性能的影响降到最小，同时又具有良好的防雷击性能。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本实用新型实施例的防雷电导流条的示意图；

图2a是本实用新型实施例的防雷电导流条的俯视图；

图2b是本实用新型实施例一个可选实施方式的防雷电导流条沿A-A’方向的截面图；

图2c是本实用新型实施例另一个可选实施方式的防雷电导流条沿A-A’方向的截面图；

图2d是本实用新型实施例另一个可选实施方式的防雷电导流条沿A-A’方向的截面图；

图3是本实用新型实施例的超材料天线罩的示意图；

图4是本实用新型实施例的超材料天线罩所使用的超材料的示意图；

图5是本实用新型实施例的防雷电导流条应用于超材料天线罩时，电磁波透波性能仿真曲线；

图6是本实用新型另一实施例的防雷电导流条的示意图；

图7是本实用新型另一实施例的防雷电导流条的俯视图；

图8是本实用新型另一实施例的防雷电导流条的金属片的示意图；

图9是是本实用新型另一实施例的防雷电导流条应用于超材料天线罩时，电磁波透波性能仿真曲线。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本实用新型。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“直接在……上面”或“在……上面并与之邻接”的表述方式。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

图1是本实用新型实施例的防雷电导流条的示意图。如图1所示，防雷电导流条10包括绝缘基带11和多个金属片12。

其中，绝缘基带11设置于防雷电导流条的最下方，作为基底使用，使得金属片12与天线罩绝缘。绝缘基带11可以选用由具有良好的绝缘性、韧性和强度的材质构成的绝缘介质条，其可以选为聚酯薄膜，也可以选用其它材质。

绝缘基带11的宽度和厚度可以根据需要调整。其中，绝缘基带11的宽度可以设置为大于等于2mm且小于等于20mm，优选为10mm，宽度过大会造成导流条过于笨重，同时不利于透波和导流条的维护保养；宽度过小会影响到防雷电导流条的粘接强度，缩短其使用寿命。

在防雷电导流条的绝缘基带11的击穿电压与超材料天线罩中绝缘介质的击穿电压相同的情况下，绝缘基带11的厚度应大于等于金属片12之间的间距，以防止绝缘基带11在金属片12之间间隙被击穿之前被击穿。如果绝缘基带11的绝缘性能明显优于超材料中的绝缘介质，那么这个要求可适当放宽。同时，基带厚度也不能过大，否则会影响到天线罩的气动外形和雷达散射截面(Radar Cross-Section，RCS)特性。在本实施例中，绝缘基带11的厚度可以设置为大于等于0.1mm小于等于1mm，其厚度优选为0.1mm。

金属片12固定在绝缘基带11上，沿绝缘基带11长度方向间隔设置。在本实施例中，金属片12均按照预定的间距相互间隔地分布在绝缘基带11上。金属片12可以通过冲压或其它工艺形成。金属片12为条状，且两端分别为外凸的弧形。本实施例中，金属片12的沿其延伸方向的两边相互平行，端部的弧形可以为圆弧形、抛物线弧、椭圆弧或其它弧形。

本实施例中金属片12的长可以为2.5mm，宽可以为1mm，端部的弧形为与矩形主体等宽的半圆形，其边缘为半圆弧，圆弧半径为0.5mm。金属片12的厚度可以根据实际情况进行调整，一个优选的取值范围为0.1至0.3mm，优选为0.2mm。金属片之间的间隔大于或等于0.8mm。

在一个优选实施方式中，如图2b所示，金属片12可以通过粘接剂14固定于绝缘基带11表面，并使金属片12一侧表面暴露在外。

在另一个优选实施方式中，如图2c所示，金属片12通过粘结剂14固定于绝缘基带11表面，并使金属片12一侧表面暴露在外，同时，在金属片12的间隙填充柔性树脂层13，即柔性树脂层13包围并接触金属片12的侧面，其可以增强金属片12固定的强度。

在另一个优选实施方式中，如图2d所示，柔性树脂层13固定于绝缘基带11表面，金属片12部分或全部嵌入设置在柔性树脂层13中，并使金属片12一侧表面暴露在外，即，利用柔性树脂层13来固定金属片12。

在使用柔性树脂层13的实施方式中，构成柔性树脂层13的柔性树脂中带有导电粉末。导电粉末有助于进一步降低导流条的击穿电压。击穿电压的降低使得在制造时对于金属片62之间的间隙要求可以适当放宽，从而降低对于制造工艺的要求。柔性树脂中导电粉末的含量可以根据金属片之间的间距调节，间距大则使得导电粉末含量高，距离小则使得导电粉末含量低。导电粉末可以选择金属粉末或碳纤维粉末等各种导电材料制作的粉末。对于金属粉末，一般可以选择粒径在10微米量级铝粉。

在本实施例中，金属片12可以使用任意的固态金属或合金，例如铜、不锈钢、铝等。

在雷电环境中，金属片12之间的电场强度增强，当该电场增强到超过预定阈值时，会击穿在金属片12之间的空气或柔性树脂层，并使得防雷电导流条上方的空气电离，形成等离子体导电通道，引导雷电感生电流流过，从而保护天线罩不被击穿，进而保护天线及配套的电子设备。

图3是本实施例的超材料天线罩的示意图。如图3所示，天线罩包括由超材料构成的罩体30，在罩体30上固定安装有至少一个防雷电导流条10，防雷电导流条10的数量在保证防雷效果的前提下，越少越好，优选为6至8条。防雷电导流条10在罩体30上可以以多种方式设置，优选由罩体30顶端向罩体边缘延伸。防雷电导流条10可以通过粘合剂固定在罩体30的表面，通常来说，对于固定不动或设置在运动速度较低的飞行器上的天线罩，可以选择丙烯酸粘接剂来固定防雷电导流条10，而对于运动速度较高(例如速度大于1马赫)的飞行器上的天线罩，可以选择3M公司生产的EC-2216环氧树脂作为粘合剂。

为了进一步减小防雷电导流条对天线罩气动外形以及RCS特性的影响，可以在罩体30上设置槽，将防雷电导流条10固定在槽内。

超材料是一种由预定的金属微结构按照特定方式周期排列于基材中构成的对电磁波具有特殊电磁响应的人工复合材料。目前，超材料一般由多个超材料片层沿垂直于片层表面的方向叠加而成，每一超材料片层包括由金属丝构成的具有一定拓扑结构的金属微结构和金属微结构附着的基材。在本实施例中，超材料40可以包括多个沿垂直于片层表面的方向叠加而成的超材料片层41，每个超材料片层包括基材41a和附着在基材上的多个金属微结构41b。一般，将每个金属微结构41b及其所附着的基材41a部分定义为一个超材料单元50，且每个超材料单元50的尺寸介于入射电磁波波长的五分之一到十分之一之间。如此，超材料40便类似于具有晶格结构的晶体。

基材41a可以是任何一种材料，如目前常用的半导体材料，诸如硅、锗、硒单质，或者砷化镓、磷化镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、碲化锌、硫化锌、硫化铅、硒化铅、碳化硅、氮化硅等化合物，以及上述材料中的任意两种或两种以上的混合物。金属微结构41b一般由金属丝构成，其通过一定的加工工艺附着在所述基材41a上，例如蚀刻、电镀、钻刻、光刻、电子刻、离子刻等。

在本实施例中，金属微结构41b为十字形。应理解，金属微结构41b也可以形成为工字形等其他预设的形状。

同时，由于超材料天线罩30所使用的超材料中含有金属微结构，其对于电场分布会造成较大影响，其通常会在防雷电导流条长度方向端部的金属微结构周围形成较强的电场。基于这一特点，可以使防雷电导流条10的长度大于位于其下方的超材料中具有金属微结构的区域的沿防雷电导流条10的延伸方向的长度，从而可以避免在金属微结构中出现较强的电场。

图5是本实施例的防雷电导流条应用于超材料天线罩时，电磁波透波性能仿真曲线。其中，曲线51是本实施例的防雷电导流条以70mm的间隔排布在一个无限大的超材料平板上以TE模的电磁波垂直照射该结构时，获得的S参数幅值曲线。曲线52是本实施例的防雷电导流条以70mm的间隔排布在一个无限大的超材料平板上以TM模的电磁波垂直照射该结构时，获得的S参数幅值曲线，其中，超材料平板具有以阵列方式排列的十字形金属微结构。

根据曲线对比可知，在增加了本实施例的防雷电导流条后，结构的电磁波投射率仍然保持在很高的水平，相比于增加防雷电导流条前没有实质变化。

通过使得金属片的端部为弧形，可以增强金属片的固定强度，可以使得防雷电导流条与超材料天线罩中的金属微结构之间的耦合达到最优化效果，使得防雷电导流条对超材料天线罩的透波性能的影响降到最小，同时又具有良好的防雷击性能。

图6是本实用新型另一实施例的防雷电导流条的示意图。图6是本实施例的防雷电导流条的俯视图。如图6和图7所示，防雷电导流条50包括绝缘基带61、多个金属片62和柔性树脂层63。

其中，绝缘基带61设置于防雷电导流条60的最下方，作为基底使用。绝缘基带61可以选用由具有良好的绝缘性、韧性和强度的材质构成的绝缘介质条，其可以选为聚酯薄膜，也可以选用其它材质。

绝缘基带61的宽度和厚度可以根据需要调整。其中，绝缘基带61的宽度可以设置为大于等于2mm小于等于20mm，优选为10mm，宽度过大会造成导流条过于笨重，同时不利于透波和导流条的维护保养；宽度过小会影响到防雷电导流条的粘接强度，缩短其使用寿命。

在防雷电导流条的绝缘基带61的击穿电压与超材料天线罩中绝缘介质的击穿电压相同的情况下，绝缘基带61的厚度应大于等于金属片62之间的间距，以防止绝缘基带61在金属片62之间间隙被击穿之前被击穿。如果绝缘基带61的绝缘性能明显优于超材料中的绝缘介质，那么这个要求可适当放宽。同时，基带厚度也不能过大，否则会影响到天线罩的气动外形和RCS特性。在本实施例中，绝缘基带11的厚度可以设置为大于等于0.1mm小于等于1mm，其厚度优选为0.1mm。

金属片62固定在绝缘基带61上，沿绝缘基带61长度方向间隔设置。在本实施例中，金属片62均按照预定的间距相互间隔地分布在绝缘基带11上。金属片12可以通过冲压或其它工艺形成。

图8是本实施例的防雷电导流条的金属片的示意图。金属片62为“X”形的一体结构，相交的部分材料共用。金属片62的“X”形由交叉的子金属片621构成，两个子金属片621均与第一实施例中的金属片12的形状相同，也即，子金属片621两端分别为外凸的弧形，在本实施例中，子金属片621的沿其延伸方向的两边相互平行，端部的弧形可以为圆弧形、抛物线弧、椭圆弧或其它弧形。子金属片621与金属片12在各个尺寸参数的取值范围和优选取值方面均可以对应相同。两个子金属片621的夹角可以为锐角或直角，优选为直角。

本实施例中构成金属片62的子金属片621的矩形主体长可以为4mm，宽可以为0.3mm，端部弧形为与矩形主体的主体部分等宽的半圆弧，即，圆半径为0.15mm。金属片62厚度可以根据实际情况进行调整，一个优选的取值范围为大于等于0.1mm小于等于1mm，优选为0.2mm，金属片63之间的间隙为1.26mm左右。所述间隙可以根据需要进行调整。

在本实施例中，金属片62部分或全部嵌入设置在柔性树脂层63中，并使金属片62一侧表面暴露在外，即，利用柔性树脂层63来固定金属片62。金属片62下方的树脂厚度大于等于10微米且小于等于20微米。

应理解，本实施例也可以如实施例一所述，采样其它方式来固定金属片62，例如，通过粘结剂将金属片62固定在绝缘基带61表面。还可以在固定后，在金属片的间隙填充柔性树脂。

在本实施例中，构成柔性树脂层63的柔性树脂中带有导电粉末。导电粉末有助于进一步降低导流条的击穿电压。击穿电压的降低使得在制造时对于金属片62之间的间隙要求可以适当放宽，从而降低对于制造工艺的要求。柔性树脂中导电粉末的含量可以根据金属片之间的间距调节，间距大则使得导电粉末含量高，距离小则使得导电粉末含量低。导电粉末可以选择金属粉末或碳纤维粉末等各种导电材料制作的粉末。对于金属粉末，一般可以选择粒径在10微米量级铝粉。

在雷电环境中，金属片62之间的电场强度增强，当该电场增强到超过预定阈值时，会击穿在金属片62之间的柔性树脂形成等离子体导电通道，引导雷电感生电流流过，从而保护天线罩不被击穿，进而保护天线及配套的电子设备。

本实施例的防雷电导流条60可以应用于如图3所述的超材料天线罩。防雷电导流条60的数量、排列方式以及超材料天线罩的超材料构成可以与第一实施例相同。

图9是本实施例的防雷电导流条应用于超材料天线罩时，电磁波透波性能仿真曲线。其中，曲线91是本实施例的防雷电导流条以70mm的间隔排布在一个无限大的超材料平板上，以TE模的电磁波垂直照射该结构时，获得的S参数幅值曲线。曲线92是本实施例的防雷电导流条以43mm的间隔排布在一个无限大的超材料平板上，以TM模的电磁波垂直照射该结构时，获得的S参数幅值曲线其中，超材料平板具有以阵列方式排列的十字形金属微结构。

根据曲线对比可知，在增加了本实施例的防雷电导流条后，结构的电磁波投射率仍然保持在很高的水平，相比于增加防雷电导流条前没有实质变化。

通过使得金属片的端部为弧形，可以增强金属片的固定强度，可以使得防雷电导流条与超材料天线罩中的金属微结构之间的耦合达到最优化效果，使得防雷电导流条对超材料天线罩的透波性能的影响降到最小，同时又具有良好的防雷击性能。同时，本实施例通过将金属片形状设置为“X”形，使得其透波性能进一步优化。

应当理解本部分仅仅选取部分实施例对于本实用新型进行示例性说明，而非用于限制本实用新型。凡在本实用新型精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均包含于本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防雷电导流条，其特征在于，所述导流条包括：

绝缘基带；

多个金属片，固定在所述绝缘基带上，沿所述绝缘基带长度方向间隔设置；

所述金属片包括至少一个子金属片，每个子金属片为条状，且两端分别为外凸的弧形。

2.根据权利要求1所述的防雷电导流条，其特征在于，所述至少一个子金属片为一个子金属片，所述子金属片沿所述绝缘基带的长度方向延伸。

3.根据权利要求1所述的防雷电导流条，其特征在于，所述至少一个子金属片为两个子金属片，所述两个子金属片交叉形成为X形的一体结构，相交的部分材料共用。

4.根据权利要求1所述的防雷电导流条，其特征在于，所述弧形为圆弧、抛物线弧或椭圆弧。

5.根据权利要求1所述的防雷电导流条，其特征在于，所述金属片之间的间距小于等于所述绝缘基带的厚度。

6.根据权利要求1所述的防雷电导流条，其特征在于，所述防雷电导流条还包括设置于绝缘基带上的柔性树脂层，所述金属片嵌入设置于所述柔性树脂层上，所述金属片一侧表面暴露在外。

7.根据权利要求6所述的防雷电导流条，其特征在于，所述柔性树脂层由含有导电粉末的柔性树脂构成。

8.一种超材料天线罩，其特征在于，包括超材料构成的罩体，所述罩体的表面固定设置有至少一根如权利要求1-7中任一项所述的防雷电导流条。

9.根据权利要求8所述的超材料天线罩，其特征在于，所述超材料具有阵列形式排列的金属微结构，所述防雷电导流条的长度大于位于其下方罩体中具有金属微结构的区域的沿所述防雷电导流条的延伸方向的长度。

10.根据权利要求8所述的超材料天线罩，其特征在于，所述罩体表面设置有槽，所述防雷电导流条设置于所述槽中。