一种人工介质透镜的制作方法与流程

1.本技术属于基站天线技术领域，具体涉及一种人工介质透镜的制作方法。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。
5.中国发明专利(申请号为cn200580038415.7，luneberg介电透镜及其制造方法)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。


技术实现要素：

6.本技术实施例通过提供一种人工介质透镜的制作方法，解决了现有技术中人工介质透镜存在制造工艺复杂、产品合格率低的问题。
7.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种人工介质透镜的制作方法，本发明的方法设计新颖合理，便于推广使用。
8.为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种人工介质透镜的制作方法，包括以下步骤：
9.在第一基材的表面制备凹槽，然后将高介电常数材料填充于所述凹槽内，在所述第一基材的表面敷上绝缘薄膜，进而得到人工介质材料；
10.利用所述人工介质材料制备多个介质导体，每个所述介质导体至少包括一条所述凹槽；多个介质导体中相同介电常数的介质导体形成一组介质导体集合，多个介质导体共形成n组介质导体集合，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；
11.利用第二基材制作n个壳体，所述壳体内部中空；将n个所述壳体依次套装，n个所述壳体从内到外的编号为k1、k2、k3、k4
……
kn；
12.将编号为d1的介质导体集合罐装入编号为k1的壳体，将编号为d2的介质导体集合罐装入编号为k2的壳体和编号为k1的壳体之间，按照同样的方法罐装所述介质导体集合，直至将编号为dn的介质导体集合罐装入编号为kn的壳体和编号为kn
‑
1的壳体之间；
13.将所述壳体封口后得到人工介质透镜。
14.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，相邻两个所述凹槽的间距为1～5mm，所述凹槽的数量为3～10条。
15.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，所述第一基材的厚度为3～20mm，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。
16.在一种可能的实现方式中，将所述高介电常数材料利用喷涂的方式填充于所述凹槽内，所述高介电常数材料和所述第一基材的表面平齐。
17.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。
18.在一种可能的实现方式中，所述第二基材采用低介电常数的材料，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。
19.在一种可能的实现方式中，所述壳体为圆柱体或者椭圆柱体；
20.制作所述壳体时，选取长方形的所述第二基材，将所述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，得到一端开口的所述壳体；
21.将n个所述壳体依次套装，n个壳体同心设置，然后将n组所述介质导体集合分别罐装入n个所述壳体内；
22.将n个所述壳体依次封口，得到圆柱体的人工介质透镜或椭圆柱体的人工介质透镜。
23.在一种可能的实现方式中，所述圆柱体的人工介质透镜的直径为10～2000mm，所述椭圆柱体的人工介质透镜的长轴和短轴为10～2000mm，所述圆柱体的人工介质透镜或椭圆柱体的人工介质透镜的高度为5～1000mm。
24.在一种可能的实现方式中，所述壳体为球体；
25.制作所述壳体时，选取正方形的第二基材，将所述第二基材放入模具内，利用热压工艺将所述壳体制备为半球形壳体，所述半球形壳体的直径从小到大依次编号为r1、r2、r3、r4
……
rn；
26.将两个编号为r1的半球形壳体粘接形成编号为k1的壳体，然后在编号为k1的壳体上制直径为r的圆孔，再将编号为d1的介质导体集合通过所述圆孔罐装入编号为k1的壳体内，得到编号为q1的介质球体；
27.将两个编号为r2半球形壳体内放置编号为q1的介质球体，再将两个编号为r2的半球形壳体粘接形成编号为k2的壳体，编号为q1的介质球体和编号为k2的壳体同心设置；然后在编号为k2的壳体上制所述圆孔；将编号为d2的介质导体集合通过所述圆孔罐装入编号为q1的介质球体和编号为k2的壳体之间，得到编号为q2的介质球体；
28.按照同样的方法罐装所述介质导体集合，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。
29.在一种可能的实现方式中，所述球形人工介质透镜的直径为10～2000mm，圆孔的直径r满足20mm＜r＜100mm。
30.本发明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：
31.本发明实施例提供了一种人工介质透镜的制作方法，该方法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。
32.本发明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，采用本发明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。
33.采用本发明的方法能够精确控制人工介质透镜由内向外各层的介电常数，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，采用本发明的方法制成的人工介质透镜结构简单，制备过程极其简单，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，本发明的方法能够提高生产效率，非常适合大规模批量生产。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术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。
35.图1为本发明实施例提供的人工介质透镜的第一基材的结构示意图。
36.图2为本发明实施例一提供的介质导体的结构示意图。
37.图3为本发明实施例二提供的介质导体的结构示意图。
38.图4为本发明实施例提供的圆柱体的人工介质透镜结构示意图。
39.图5为本发明实施例提供的球形的人工介质透镜结构示意图。
40.附图标记：1
‑
第一基材；11
‑
凹槽；2
‑
高介电常数材料；3
‑
介质导体；4
‑
第二基材。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
42.在本发明实施例的描述中，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发明实施例和简化描述，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发明的限制。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发明实施例中的具体含义。
43.如图1至图5所示，本发明实施例提供的人工介质透镜的制作方法，包括以下步骤：
44.在第一基材1的表面制备凹槽11，然后将高介电常数材料2填充于凹槽11内，在第一基材1的表面敷上绝缘薄膜，进而得到人工介质材料。
45.利用人工介质材料制备多个介质导体3，每个介质导体3至少包括一条凹槽11；多个介质导体3中相同介电常数的介质导体3形成一组介质导体集合，多个介质导体3共形成n组介质导体集合，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；
46.利用第二基材4制作n个壳体，壳体内部中空。将n个壳体依次套装，n个壳体从内到外的编号为k1、k2、k3、k4
……
kn。
47.将编号为d1的介质导体集合罐装入编号为k1的壳体，将编号为d2的介质导体集合罐装入编号为k2的壳体和编号为k1的壳体之间，按照同样的方法罐装介质导体集合，直至将编号为dn的介质导体集合罐装入编号为kn的壳体和编号为kn
‑
1的壳体之间。
48.将壳体封口后得到人工介质透镜。
49.将高介电常数的介质导体3从内向外放置于壳体内后得到人工介质透镜。
50.本实施例中，凹槽11的深度为0.005～1mm，凹槽11的宽度为0.005～1mm，相邻两个凹槽11的间距为1～5mm，凹槽11的数量为3～10条。
51.本实施例中，第一基材1采用低介电常数的材料，第一基材1的厚度为3～20mm，绝缘薄膜的厚度为0.05mm，绝缘薄膜的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0，高介电常数材料2具有导电性能。
52.需要说明的是，低介电常数的第一基材1和高介电常数材料2结合后能够形成位于低介电常数和高介电常数区间内的介质导体3，进而精准控制工介质透镜的介电常数。
53.本实施例中，将高介电常数材料2利用喷涂的方式填充于凹槽11内，高介电常数材料2和第一基材1的表面平齐，壳体的n的范围在2～30内。
54.本实施例中，介质导体3的体积为1～300mm3，介质导体3为正方体、长方体、圆柱体或椭圆柱。
55.本实施例中，第二基材4采用低介电常数的材料，第二基材4的材料为泡棉，第二基材4的厚度为1～2mm，第二基材4的密度为0.01～0.03g/cm3，第二基材4的介电常数ε满足1.0＜ε＜2.0。
56.如图4所示，本实施例中，壳体为圆柱体或者椭圆柱体。
57.制作壳体时，选取长方形的第二基材4，将第二基材4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。
58.将n个壳体依次套装，n个壳体同心设置，然后将n组介质导体集合分别罐装入n个壳体内。
59.将n个壳体依次封口，得到圆柱体的人工介质透镜或椭圆柱体的人工介质透镜。
60.本实施例中，圆柱体的人工介质透镜的直径为10～2000mm，椭圆柱体的人工介质透镜的长轴和短轴为10～2000mm，圆柱体的人工介质透镜或椭圆柱体的人工介质透镜的高度为5～1000mm。
61.本实施例中，椭圆柱体的人工介质透镜可以包括2个壳体，具体如下表所示：
62.层第一个壳体第二个壳体介电常数1.81.4
空心圆环长轴200mm350mm空心圆环短轴110mm260mm
63.本实施例中，椭圆柱体的人工介质透镜可以包括3个壳体，具体如下表所示：
64.层第一个壳体第二个壳体第三个壳体介电常数1.81.41.2空心圆环长轴150mm250mm350mm空心圆环短轴62mm162mm260mm
65.如图5所示，本实施例中，壳体还可为球体。
66.制作壳体时，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制备为半球形壳体，半球形壳体的直径从小到大依次编号为r1、r2、r3、r4
……
rn。
67.将两个编号为r1的半球形壳体粘接形成编号为k1的壳体，然后在编号为k1的壳体上制直径为r的圆孔，再将编号为d1的介质导体集合通过圆孔罐装入编号为k1的壳体内，得到编号为q1的介质球体。
68.将两个编号为r2半球形壳体内放置编号为q1的介质球体，再将两个编号为r2的半球形壳体粘接形成编号为k2的壳体，编号为q1的介质球体和编号为k2的壳体同心设置。然后在编号为k2的壳体上制圆孔。将编号为d2的介质导体集合通过圆孔罐装入编号为q1的介质球体和编号为k2的壳体之间，得到编号为q2的介质球体。
69.按照同样的方法罐装介质导体集合，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。
70.需要说明的是，每次通过圆孔罐装后均将圆孔进行封闭。
71.本实施例中，球形人工介质透镜的直径为10～2000mm，圆孔的直径r满足20mm＜r＜100mm。
72.本实施例中，球形人工介质透镜可以包括2个壳体，具体如下表所示：
73.层第一个壳体第二个壳体介电常数1.81.4球形壳体直径200mm380mm
74.本实施例中，球形人工介质透镜可以包括3个壳体，具体如下表所示：
75.层第一个壳体第二个壳体第三个壳体介电常数1.81.41.2球形壳体直径100mm240mm380mm
76.与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：
77.本发明的制造方法中罐装入每一层壳体中的介质导体3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。
78.本发明制成的人工介质透镜中每一层壳体中装入的介质导体3的介电常数是固定的，采用本发明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。
79.采用本发明的方法能够精确控制人工介质透镜由内向外各层的介电常数，每一层介质导体3的介电常数固定，可有效的保障产品的稳定性和一致性，采用本发明的方法制成的人工介质透镜结构简单，制备过程极其简单，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，本发明的方法能够提高生产效率，产品合格率高，非常适合大规模批量生产。
80.本实施例中，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明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发明。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，本发明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发明内。