CN217740790U - 一种人工介质透镜 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种人工介质透镜，包括n组介质导体集合和n个依次套装的壳体；每组介质导体集合均包括多个介质导体，每组介质导体集合中的介质导体的介电常数相同；n组介质导体集合按照介电常数从高到低依次编号为D1、D2、D3、D4……Dn；壳体为内部中空的封闭壳体，n个壳体从内到外的编号依次为K1、K2、K3、K4……Kn；编号为D1的介质导体集合罐装于编号为K1的壳体内，编号为D2的介质导体集合罐装于编号为K2的壳体和编号为K1的壳体之间，......，编号为Dn的介质导体集合罐装于编号为Kn的壳体和编号为Kn‑1的壳体之间。本申请解决了现有技术中人工介质透镜结构复杂、以及难以加工的问题。

Description

一种人工介质透镜

技术领域

本申请属于基站天线技术领域，具体涉及一种人工介质透镜。

背景技术

随着龙伯介质透镜天线在移动通信领域的应用，对龙伯介质透镜的制作方法提出了更高的要求。在保持原有介质透镜天线高增益，宽波束，超轻等性能的同时，还要求介质透镜的制作工艺更简单，可操作性更强，一次性成品率更高，更加适用于大批量生产。

传统的龙伯球天线主要通过打孔和发泡两种工艺来制作，过程耗时繁琐且产品质量太重。透镜天线的效率非常低；传统发泡方法得到的材料介电常数很难超过1.4，再想提升材料的密度必然会很大，增大重量。其介电常数难以精确控制。

Matsine龙伯球采用高介电材料颗粒与轻介质材料混合发泡方式制成球状透镜，是迄今较轻的人造介质龙伯球，但制造工艺复杂、产品合格率低。而且，天线增益高的Matsine龙伯球天线与传统移动通信基站天线一样，垂直面波束宽度窄，垂直覆盖难以扩大，即使配有复杂的垂直波束下倾机构也不能同时覆盖近远距离。

中国实用新型专利公开了一种半球形介电透镜，其实施例中提供的半球形透镜总表观密度在0.17～0.27g/cm³之间，仍然太重，难以大量应用。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种人工介质透镜，解决了现有技术中人工介质透镜结构复杂、以及难以加工的问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供了一种人工介质透镜，包括n组介质导体集合和n个壳体；

每组所述介质导体集合均包括多个介质导体，所述介质导体的体积为1～300mm³，所述介质导体的介电常数ε满足1≤ε≤10，每组所述介质导体集合中的介质导体的介电常数相同；n组所述介质导体集合按照介电常数从高到低依次编号为D1、D2、D3、D4……Dn；

所述壳体为内部中空的封闭壳体，所述壳体采用低介电常数的材料，n个所述壳体从小到大同心套装，n个所述壳体从内到外的编号依次为K1、K2、K3、 K4……Kn，其中，2≤n≤30；

编号为D1的介质导体集合均匀设置于编号为K1的壳体内，编号为D2的介质导体集合均匀设置于编号为K2的壳体和编号为K1的壳体之间，......，编号为Dn 的介质导体集合均匀设置于编号为Kn的壳体和编号为Kn-1的壳体之间。

在一种可能的实现方式中，所述介质导体为正方体、长方体、圆柱体或椭圆柱。

在一种可能的实现方式中，所述介质导体包括第一基材、高介电常数材料、以及绝缘薄膜；

所述第一基材的表面设置有数量为一条以上的凹槽，所述高介电常数材料填充于所述凹槽内，所述高介电常数材料和所述第一基材的表面平齐，所述绝缘薄膜敷设于第一基材的表面。

在一种可能的实现方式中，所述凹槽的深度为0.005～1mm，所述凹槽的宽度为0.005～1mm；

所述凹槽的数量为两条以上时，相邻两个所述凹槽的间距为1～5mm。

在一种可能的实现方式中，所述第一基材采用低介电常数的材料，所述绝缘薄膜的厚度为0.05mm，所述绝缘薄膜的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0，所述高介电常数材料具有导电性能。

在一种可能的实现方式中，所述壳体采用第二基材制作，所述第二基材的材料为泡棉，所述第二基材的厚度为1～2mm，所述第二基材的密度为0.01～ 0.03g/cm³，所述第二基材的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0。

在一种可能的实现方式中，所述壳体为圆柱体；

所述壳体的直径为10～2000mm，所述壳体的高度为5～1000mm。

在一种可能的实现方式中，所述壳体为椭圆柱体；

所述壳体的长轴和短轴为10～2000mm，所述壳体的高度为5～1000mm。

在一种可能的实现方式中，所述壳体为球体；

所述壳体的直径为10～2000mm。

本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本实用新型的人工介质透镜中罐装入每一层壳体中的介质导体的介电常数是固定的，避免了“龙伯理论”中需要将介质透镜各层的介电常数需要从2.0平顺过渡至1.0，而导致不便于加工的问题。

本实用新型制成的人工介质透镜中每一层壳体中装入的介质导体的介电常数是固定的，采用本实用新型制造的人工介质透镜与天线结合时，能够大幅降低为满足天线预定的增益、方向图等各项电指标和重量所进行的实验次数和调试次数，进而可以有效地降低研发成本的投入，提高研发效率。

本实用新型的人工介质透镜中每一层介质导体的介电常数固定，可有效的保障产品的稳定性和一致性，该人工介质透镜结构简单，制备过程极其简单，并能够制备质量超轻的人工介质透镜，避免了现有技术中球形、半球形龙伯或圆柱透镜存在的加工复杂等问题，本实用新型能够提高生产效率，非常适合大规模批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请中记载的一些实施例，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的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的人工介质透镜的结构示意图。

图2为本实用新型实施例二提供的人工介质透镜的制作过程示意图。

图3为本实用新型实施例一提供的介质导体的结构示意图。

图4为本实用新型实施例二提供的介质导体的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的第一基材的结构示意图。

附图标记：1-介质导体集合；11-介质导体；111-第一基材；112-高介电常数材料；113-绝缘薄膜；114-凹槽；2-壳体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”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，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

如图1至图5所示，本实用新型实施例提供的人工介质透镜，包括n组介质导体集合1和n个壳体2。

每组介质导体集合1均包括多个介质导体11，介质导体11的体积为1～ 300mm³，介质导体11的介电常数ε满足1≤ε≤10，每组介质导体集合1中的介质导体11的介电常数相同；n组介质导体集合1按照介电常数从高到低依次编号为D1、 D2、D3、D4……Dn。

壳体2为内部中空的封闭壳体2，壳体2采用低介电常数的材料，n个壳体2从小到大同心套装，n个壳体2从内到外的编号依次为K1、K2、K3、K4……Kn，其中，2≤n≤30。

编号为D1的介质导体集合1均匀设置于编号为K1的壳体2内，编号为D2的介质导体集合1均匀设置于编号为K2的壳体2和编号为K1的壳体2之间，......，编号为Dn的介质导体集合1均匀设置于编号为Kn的壳体2和编号为Kn-1的壳体2之间。

本实施例中，介质导体11的体积为1～300mm³，介质导体11为正方体、长方体、圆柱体或椭圆柱。

本实施例中，介质导体11包括第一基材111、高介电常数材料112、以及绝缘薄膜113。

第一基材111的表面设置有数量为一条以上的凹槽114，高介电常数材料112 填充于凹槽114内，高介电常数材料112和第一基材111的表面平齐，绝缘薄膜113 敷设于第一基材111的表面。

高介电常数材料112的介电常数ε满足ε＞3.7；也即介电常数ε满足ε＞3.7的材料均满足本实用新型的结构需求。

本实施例中，凹槽114的深度为0.005～1mm，凹槽114的宽度为0.005～1mm。

凹槽114的数量为两条以上时，相邻两个凹槽114的间距为1～5mm。

本实施例中，第一基材111采用低介电常数的材料，绝缘薄膜113的厚度为0.05mm，绝缘薄膜113的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0，高介电常数材料112具有导电性能。

本实施例中，壳体2的n的范围在2～30内。

本实施例中，壳体2采用第二基材制作，第二基材采用低介电常数的材料，第二基材的材料为泡棉，第二基材的厚度为1～2mm，第二基材的密度为0.01～ 0.03g/cm³，第二基材的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0。

第二基材采用低介电常数的材料，第二基材的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0。也即本实施例中的低介电常数的材料的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0。也即介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0的材料均满足本实用新型的结构需求。

本实施例中，壳体2为圆柱体。n个壳体2同心设置。

壳体2的直径为10～2000mm，壳体2的高度为5～1000mm。

本实施例中，壳体2还可为椭圆柱体。n个壳体2同心设置。

壳体2的长轴和短轴为10～2000mm，壳体2的高度为5～1000mm。

本实施例中，壳体2还可为球体。n个壳体2同心设置。

壳体2的直径为10～2000mm。

本实用新型还提供了上述人工介质透镜的制作方法，各材料的选取按照上述参数进行设置，该方法包括以下步骤：在第一基材111的表面制备凹槽114，然后将高介电常数材料112利用喷涂的方式填充于凹槽114内，在第一基材111的表面敷上绝缘薄膜113，进而得到人工介质材料。利用人工介质材料制备n组介质导体集合1，每组介质导体集合1均包括多个介质导体11，每个介质导体11至少包括一条凹槽114。每组介质导体集合1中的介质导体11的介电常数相同，n组介质导体集合1按照介电常数从高到低依次编号为D1、D2、D3、D4……Dn。利用第二基材制作n个壳体2，壳体2内部中空。将n个壳体2依次套装，n个壳体2从内到外的编号为K1、K2、K3、K4……Kn。将编号为D1的介质导体集合1罐装入编号为K1的壳体2，将编号为D2的介质导体集合1罐装入编号为K2的壳体2和编号为K1的壳体2之间，按照同样的方法罐装介质导体集合1，直至将编号为Dn的介质导体集合1罐装入编号为Kn的壳体2和编号为Kn-1的壳体2之间。将壳体2封口后得到人工介质透镜。

如图1所示，壳体2为圆柱体或者椭圆柱体时，人工介质透镜的制作步骤包括：制作壳体2时，选取长方形的第二基材，将第二基材卷制为空心圆环或者空心椭圆环，再将空心圆环或者空心椭圆环的一端封口，得到一端开口的壳体2。将n个壳体2依次套装，n个壳体2同心设置，然后将n组介质导体集合1分别罐装入n个壳体2内。将n个壳体2依次封口，得到圆柱体的人工介质透镜或椭圆柱体的人工介质透镜。

如图2所示，壳体2为球体时，人工介质透镜的制作步骤包括：制作壳体2时，选取正方形的第二基材，将第二基材放入模具内，利用热压工艺将壳体2制备为半球形壳体2，半球形壳体2的直径从小到大依次编号为R1、R2、R3、R4……Rn。将两个编号为R1的半球形壳体2粘接形成编号为K1的壳体2，然后在编号为K1的壳体2上制直径为r的圆孔，再将编号为D1的介质导体集合1通过圆孔罐装入编号为K1的壳体2内，得到编号为Q1的介质球体。将两个编号为R2半球形壳体2内放置编号为Q1的介质球体，再将两个编号为R2的半球形壳体2粘接形成编号为K2 的壳体2，编号为Q1的介质球体和编号为K2的壳体2同心设置。然后在编号为K2的壳体2上制圆孔。将编号为D2的介质导体集合1通过圆孔罐装入编号为Q1的介质球体和编号为K2的壳体2之间，得到编号为Q2的介质球体。按照同样的方法罐装介质导体集合1，直至得到编号为Qn的介质球体，Qn的介质球体为球形的人工介质透镜。

本实用新型的人工介质透镜中罐装入每一层壳体2中的介质导体11的介电常数是固定的，避免了“龙伯理论”中需要将介质透镜各层的介电常数需要从2.0 平顺过渡至1.0，而导致不便于加工的问题。

本实用新型制成的人工介质透镜中每一层壳体2中装入的介质导体11的介电常数是固定的，采用本实用新型制造的人工介质透镜与天线结合时，能够大幅降低为满足天线预定的增益、方向图等各项电指标和重量所进行的实验次数和调试次数，进而可以有效地降低研发成本的投入，提高研发效率。

本实用新型的人工介质透镜中每一层介质导体11的介电常数固定，可有效的保障产品的稳定性和一致性，该人工介质透镜结构简单，制备过程极其简单，并能够制备质量超轻的人工介质透镜，避免了现有技术中球形、半球形龙伯或圆柱透镜存在的加工复杂等问题，本实用新型能够提高生产效率，非常适合大规模批量生产。

本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

Claims (9)

1.一种人工介质透镜，其特征在于：包括n组介质导体集合(1)和n个壳体(2)；

每组所述介质导体集合(1)均包括多个介质导体(11)，所述介质导体(11)的体积为1～300mm³，所述介质导体(11)的介电常数ε满足1≤ε≤10，每组所述介质导体集合(1)中的介质导体(11)的介电常数相同；n组所述介质导体集合(1)按照介电常数从高到低依次编号为D1、D2、D3、D4……Dn；

所述壳体(2)为内部中空的封闭壳体(2)，所述壳体(2)采用低介电常数的材料，n个所述壳体(2)从小到大同心套装，n个所述壳体(2)从内到外的编号依次为K1、K2、K3、K4……Kn，其中，2≤n≤30；

编号为D1的介质导体集合(1)均匀设置于编号为K1的壳体(2)内，编号为D2的介质导体集合(1)均匀设置于编号为K2的壳体(2)和编号为K1的壳体(2)之间，......，编号为Dn的介质导体集合(1)均匀设置于编号为Kn的壳体(2)和编号为Kn-1的壳体(2)之间。

2.根据权利要求1所述的人工介质透镜，其特征在于：所述介质导体(11)为正方体、长方体、圆柱体或椭圆柱。

3.根据权利要求2所述的人工介质透镜，其特征在于：所述介质导体(11)包括第一基材(111)、高介电常数材料(112)、以及绝缘薄膜(113)；

所述第一基材(111)的表面设置有数量为一条以上的凹槽(114)，所述高介电常数材料(112)填充于所述凹槽(114)内，所述高介电常数材料(112)和所述第一基材(111)的表面平齐，所述绝缘薄膜(113)敷设于第一基材(111)的表面。

4.根据权利要求3所述的人工介质透镜，其特征在于：所述凹槽(114)的深度为0.005～1mm，所述凹槽(114)的宽度为0.005～1mm；

所述凹槽(114)的数量为两条以上时，相邻两个所述凹槽(114)的间距为1～5mm。

5.根据权利要求3所述的人工介质透镜，其特征在于：所述第一基材(111)采用低介电常数的材料，所述绝缘薄膜(113)的厚度为0.05mm，所述绝缘薄膜(113)的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0，所述高介电常数材料(112)具有导电性能。

6.根据权利要求1所述的人工介质透镜，其特征在于：所述壳体(2)采用第二基材制作，所述第二基材的材料为泡棉，所述第二基材的厚度为1～2mm，所述第二基材的密度为0.01～0.03g/cm³，所述第二基材的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0。

7.根据权利要求1所述的人工介质透镜，其特征在于：所述壳体(2)为圆柱体；所述壳体(2)的直径为10～2000mm，所述壳体(2)的高度为5～1000mm。

8.根据权利要求1所述的人工介质透镜，其特征在于：所述壳体(2)为椭圆柱体；所述壳体(2)的长轴和短轴为10～2000mm，所述壳体(2)的高度为5～1000mm。

9.根据权利要求1所述的人工介质透镜，其特征在于：所述壳体(2)为球体；所述壳体(2)的直径为10～2000mm。

Images