一种无源高增益天线的制作方法与工艺

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种无源高增益天线。

背景技术：
接收信号用天线一般可分为有源天线和无源天线两大类，而小功率电器，例如手机、路由器等一般使用无源天线。无源天线一般包括一金属辐射体和一反射板。金属辐射体一般具有特定的形状以对辐射至其上的电磁波调制，金属辐射体的形状以及金属辐射体与反射板的间距成为影响无源天线增益的重要因素。现有的无源天线，例如公开号为CN203326107U的中国专利“平板天线”，其金属辐射体的结构复杂，增益较低。如何设计一种结构简单且增益高的无源天线成为亟待解决的问题。

技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提出一种结构简单且增益高的无源高增益天线。本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种无源高增益天线，其包括金属辐射体，与金属辐射体间隔设置的反射板；所述金属辐射体上开设有呈“凹”字形的通槽，所述通槽包括第一竖向通槽、第二竖向通槽以及连通第一竖向通槽和第二竖向通槽的横向通槽；所述第一竖向通槽和第二竖向通槽长度均为95-105毫米，宽度均为20-30毫米；所述横向通槽长度为125-135毫米，宽度为17-18毫米；其中所述金属辐射体由铝合金材质制成，所述铝合金的组成元素及其质量百分比如下：Si：0.10-0.50％，Mg：0.20-0.40％，Fe：0.20-0.50％，Cu：0.05-0.15％，Zn：0.02-0.10％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：0.05-0.2％，Cs：0.05-0.1％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝。铝合金中组成元素是影响铝合金导电性能的主要因素，其影响取决于元素的加入量和存在的形式，与化学元素本身的导电性无关。在铝合金中的各种元素，除少量以单质存在外，都将进入铝的晶格或形成各种类化合物，影响铝合金的相图、基本组织、凝固过程、工艺性能等。加之合金也会影响晶粒大小，增大晶界面积形成杂质等，因而各化学元素对铝合金导电性可以通过最终形成的组织表现出来。金属的晶体越完整，异类原子等引起的晶格畸变、晶界等缺陷越少，其电阻越小；而杂质元素在金属中以固溶态存在时对合金电阻率的增大作用远大于析出态，合金固溶Si、Fe后的电阻率要比相同含量但处于析出态的Si、Fe电阻率大十几倍，导致合金的导电性极小，其原因在与金属A中溶入异类原子B时，溶剂的点阵便产生了畸变，从而增加了电子的散射，导致电阻升高。Fe对于铝合金导电性的影响较小，是首选的强化元素。Mg为铝合金中的主要元素，与Si形成强化相MgSi2，但是Mg含量每增加1％，合金的电阻率增加0.6*10-6Ω·m，当铝合金中加入的镁含量达到0.4时，电阻率已超过2.90*10-6Ω·m，因此本发明金属辐射体的铝合金中镁含量需控制在0.2-0.4％。在金属辐射体铝合金中加入少量Mn和Cr，可以中和铁的有害作用，加入0.05-0.15％Cu与0.02-0.10％的Zn不仅能在不降低合金抗蚀性的同时提高合金的强度，还可抵消部分钛和铁对合金导电性的不良影响，进一步提高合金的导电性。另外，不仅Si含量的高低直接影响着铝合金的导电性，铁、硅的质量比也影响着铝合金的导电性。经不断试验发现，在本发明金属辐射体的铝合金中，当铁硅质量比为2.5-3.5时，铝合金的电阻较小，因此，综合各方面因素，将Si、Fe分别限制在0.10-0.50％、0.20-0.50％时，明显增大了金属辐射体铝合金的导电性。本发明在金属辐射体的铝合金原料中还加入0.05-0.2％La、0.05-0.1％Cs，与其他元素配合作用，不仅降低杂质的有害作用，而且改变了铝合金中Si、Fe的形态和分布状况，使晶界上Al+FeAl3网状共晶组织消失，同时使Si、Fe元素由固溶态转变成析出态的化合物，如稳定的AlRESi化合物、Al10Fe2RE化合物、RE2Si3化合物、短柄状相SiCs5、球状颗粒相CeSi，使Al、Fe、Si、稀土La、CS等元素释放更多的电子，使电导更剧烈，明显降低合金的电阻率，提高合金的导电率，从而提高铝合金的导电性，且加入的稀土还可净化铝晶格，细化枝晶间距，细化晶粒，提高强度、塑韧性。作为优选，所述铝合金的组成元素及其质量百分比如下：Si：0.20％，Mg：0.30％，Fe：0.30％，Cu：0.10％，Zn：0.05％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：1％，Cs：0.08％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝。作为优选，所述铝合金的组成元素及其质量百分比如下：Si：0.10％，Mg：0.40％，Fe：0.20％，Cu：0.15％，Zn：0.02％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：0.2％，Cs：0.05％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝。作为优选，所述铝合金的组成元素及其质量百分比如下：Si：0.30％，Mg：0.20％，Fe：0.50％，Cu：0.05％，Zn：0.10％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：0.05％，Cs：0.1％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝。在上述无源高增益天线中，所述金属辐射体的制备方法包括如下步骤：S1：配料：按照上述金属辐射体所用铝合金材质的各组成元素及其质量百分比配料；S2：熔炼：将上述配料熔炼成铝液，搅拌均匀后依次进行除气处理、精炼处理、变质处理；S3：成型：将上述处理后的铝液挤压成型得金属辐射体坯件；S4、热处理：对浇注后的机架坯件进行热处理，热处理包括固溶处理和时效处理，其中固溶处理温度为520-540℃，保温0.5-2h后立即进行淬火处理，人工时效处理温度为230-260℃，保温20-30h后自然冷却得金属辐射体。针对本发明金属辐射体所用铝合金的组成成分及其组织特征，在保证合金机械性能的前提下采用上述的热处理工艺，能更加充分发挥镁元素的时效强化作用，同时有效地改变共晶硅的形貌，从而提高合金的强度和塑性，提高金属辐射体的导电性能。且时效处理时间的长短也影响着金属辐射体铝合金的导电性，其原因在于时效时间越长，对GP区即溶质原子富集区的形成有影响，而GP区对电子产生强烈的散射，从而降低金属辐射体铝合金的导电性。在上述金属辐射体的制备方法，步骤S2中所述的熔炼温度为680-720℃。在上述金属辐射体的制备方法，步骤S2中所述的精炼处理中使用的精炼剂为氯化锌、氯化锰、氯化钾、氯化钠、六氯乙烷、四氯化碳中的一种或多种，精炼剂的用量为0.1-0.5％，精炼处理的温度为700-720℃，精炼时间为10-20min。导电铝合金的电阻率不仅受其组成成分种类和含量的影响，还受到其洁净程度的影响，因此，铝液的精炼处理较为重要。在上述金属辐射体的制备方法，步骤S2中所述的变质处理中使用0.1-0.2％的锶，变质处理温度为690-710℃，变质时间为15-20min。本发明在金属辐射体的制备方法中加入0.1-0.2％的锶，不但细化效果显著，且作用十分稳定。在上述金属辐射体的制备方法，步骤S3中挤压成型的压力16-18MPa，挤压温度为460-500℃，挤压速度为10-15m/min；在上述金属辐射体的制备方法，步骤S4中所述淬火处理的水温为20-30℃。进一步地，所述金属辐射体与所述反射板的间距为32-38毫米。进一步地，所述反射板两侧向上倾斜延伸形成翻边，盖板将所述翻边密封，盖板、翻边以及反射板形成容置空间，金属辐射体位于该容置空间内。进一步地，还包括转轴支架，所述转轴支架包括转轴、位于转轴两端的柱状转接部，与转轴外侧壁固连的支架；所述支架包括两对称设置的侧边，向内凹陷的弧形底边，将两侧边以及底边底表面连接的底板；所述底板上设置有多条加强筋，所述加强筋一端连接至侧边，另一端连接至底边。进一步地，所述反射板中部开设有条形插槽，两枢接件固连于条形槽两侧，所述枢接件内表面形成有转动凹槽，所述柱状转接部插接于转动凹槽内。本发明通过具体设计金属辐射体的形状以及尺寸使得由该金属辐射体与反射板构成的无源天线具有较高的增益。且，本发明无源高增益天线的金属辐射体采用配伍合理的铝合金，通过添加稀土元素与其他元素产生协同作用，使金属辐射体在保证机械性能的同时具有较高的导电性，进一步提高了无源天线的增益。此外，本发明还设置有携带结构，使得本发明无源天线便于携带和挂置。附图说明图1为本发明无源高增益天线的分解结构示意图；图2为本发明无源高增益天线中金属辐射板的正面示意图；图3为本发明无源高增益天线中转轴支架的立体结构示意图。具体实施方式以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。请参照图1-图3，本发明无源高增益天线其包括金属辐射体100，与金属辐射体间隔设置的反射板200；金属辐射体100上开设有呈“凹”字形的通槽，通槽包括第一竖向通槽110、第二竖向通槽120以及连通第一竖向通槽110和第二竖向通槽120的横向通槽130。第一竖向通槽110和第二竖向通槽120长度均为95-105毫米，宽度均为20-30毫米；横向通槽130长度为125-135毫米，宽度为17-18毫米。上述形状和尺寸的金属辐射体使得电磁波被调制后具有较高的增益。由于电磁波被金属辐射体调制后还需经过反射板反射，反射板与金属辐射体之间的间隙也是影响天线增益的重要的参数。本实施例中，金属辐射体与反射板之间的间距为32-38毫米，使得本实施例中的天线具有更好的增益。优选地，请参照图1、图3，为使得本申请的天线具有更好的便携性，本申请还在反射板200两侧向上倾斜延伸形成翻边210，盖板(图中未示)将所述翻边210密封，盖板、翻边210以及反射板200形成容置空间，金属辐射体100位于该容置空间内。该密封容置空间能有效避免当天线用于室外时，金属辐射体可能受到的风吹雨打而影响天线增益。更进一步地，当本申请的天线用于室内时，为便于安放，还设置有转轴支架300，所述转轴支架300包括转轴310、位于转轴两端的柱状转接部320，与转轴外侧壁固连的支架330；所述支架330包括两对称设置的侧边331，向内凹陷的弧形底边332，将两侧边以及底边底表面连接的底板333；所述底板上设置有多条加强筋334，所述加强筋334一端连接至侧边331，另一端连接至底边332。为配合转轴支架300转动，在反射板200中部还开设有条形插槽220。两枢接件400固连于条形槽220两侧。枢接件400内表面形成有转动凹槽410，柱状转接部320插接于转动凹槽410内。其中，所述金属辐射体由铝合金材质制成，所述铝合金的组成元素及其质量百分比如下：Si：0.10-0.50％，Mg：0.20-0.40％，Fe：0.20-0.50％，Cu：0.05-0.15％，Zn：0.02-0.10％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：0.05-0.2％，Cs：0.05-0.1％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝。实施例1配料：按如下组成元素及其质量百分比称取金属辐射体所用铝合金的原料：Si：0.20％，Mg：0.30％，Fe：0.30％，Cu：0.10％，Zn：0.05％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：1％，Cs：0.08％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝；熔炼：将上述称取好的原料在700℃下熔炼成铝液，搅拌均匀后先采用普通方法进行除气处理，然后在710℃下用0.4％氯化锌精炼10-20min；接着在700℃下用0.15％的锶进行变质处理，变质处理时间为18min；成型：将上述处理后的铝液挤压成型得金属辐射体坯件；挤压成型的压力17MPa，挤压温度为480℃，挤压速度为12m/min；热处理：对浇注后的机架坯件进行热处理，热处理包括固溶处理和时效处理，其中固溶处理温度为530℃，保温1h后立即在25℃的水中进行淬火处理，人工时效处理温度为240℃，保温25h后自然冷却得金属辐射体。实施例2配料：按如下组成元素及其质量百分比称取金属辐射体所用铝合金的原料：Si：0.10％，Mg：0.40％，Fe：0.20％，Cu：0.15％，Zn：0.02％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：0.2％，Cs：0.05％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝；熔炼：将上述称取好的原料在680℃下熔炼成铝液，搅拌均匀后先采用普通方法进行除气处理，然后在700℃下用0.1％氯化钾精炼20min；接着在690℃下用0.1％的锶进行变质处理，变质处理时间为20min；成型：将上述处理后的铝液挤压成型得金属辐射体坯件；挤压成型的压力16MPa，挤压温度为460℃，挤压速度为10m/min；热处理：对浇注后的机架坯件进行热处理，热处理包括固溶处理和时效处理，其中固溶处理温度为520℃，保温2h后立即在30℃的水中进行淬火处理，人工时效处理温度为230℃，保温30h后自然冷却得金属辐射体。实施例3配料：按如下组成元素及其质量百分比称取金属辐射体所用铝合金的原料：Si：0.30％，Mg：0.20％，Fe：0.50％，Cu：0.05％，Zn：0.10％，Mn≤0.10％，Ti≤0.10％，Cr≤0.10％，La：0.05％，Cs：0.1％，其他杂质元素中单项杂质元素含量≤0.025％，杂质元素总含量≤0.1％，余量为铝；熔炼：将上述称取好的原料在720℃下熔炼成铝液，搅拌均匀后先采用普通方法进行除气处理，然后在720℃下用0.5％氯化钠精炼10min；接着在710℃下用0.2％的锶进行变质处理，变质处理时间为20min；成型：将上述处理后的铝液挤压成型得金属辐射体坯件；挤压成型的压力18MPa，挤压温度为500℃，挤压速度为15m/min；热处理：对浇注后的机架坯件进行热处理，热处理包括固溶处理和时效处理，其中固溶处理温度为540℃，保温1h后立即在20℃的水中进行淬火处理，人工时效处理温度为260℃，保温20h后自然冷却得金属辐射体。对比例1为用普通6063铝合金通过现有技术中简单的加工方法制得的金属辐射体。将实施例1-3中的金属辐射体进行性能测试，测试结果如表1所示。表1：实施例1-3中的金属辐射体的性能测试结果实施例4：将实施例1中的金属辐射体应用于无源天线。实施例5：将实施例2中的金属辐射体应用于无源天线。实施例6：将实施例3中的金属辐射体应用于无源天线。对比例2：现有技术中普通市售的无源天线。将实施例4-6及对比例2中的天线进行测试，测试结果如表2所示。表2：将实施例4-6及对比例2中天线的性能测试结果综上所述，本发明通过具体设计金属辐射体的形状以及尺寸，使得由该金属辐射体与反射板构成的无源天线具有较高的增益。且，天线中的金属辐射体采用配伍合理的铝合金，通过添加稀土元素与其他元素产生协同作用，使金属辐射体在保证机械性能的同时具有较高的导电性，进一步提高了无源天线的增益。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。