人工電磁材料及其製備方法、天線罩、天線系統的製作方法
2023-07-05 13:09:06
人工電磁材料及其製備方法、天線罩、天線系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及人一種人工電磁材料及其製備方法、天線罩、天線系統。其中該人工電磁材料的製備方法，包括如下步驟：P1、準備一層或多層堆疊的複合材料；P2、在所述一層或多層複合材料的外表面上鋪貼光纖光柵一端，所述光纖光柵另一端連接監測儀；P3、在鋪貼有光纖光柵的一層或多層複合材料的外表面上鋪設一層或多層複合材料；P4、對中間鋪貼有所述光纖光柵的多層複合材料整體加熱固化，所述監測儀監控所述光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。採用本方法，在對複合材料進行加熱固化時可通過其內部的光纖光柵進行實時監控，從而在加熱條件不合適時及時予以調整，保證最終的人工電磁材料具有更好的電學性能和機械性能。
【專利說明】人工電磁材料及其製備方法、天線罩、天線系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁材料領域，特別是一種人工電磁材料及其製備方法、天線罩、天線系統。
【背景技術】
[0002]人工電磁材料是一種能夠對電磁波產生特殊響應的材料，例如對電磁波的全反射、全透射、部分頻段帶通或者部分頻段帶阻等。通過這些功能的方式一方面是尋求具有相關特性的材料，另一種是基於超材料技術，在現有的材料上通過設置具有特殊形狀、尺寸和排布的導電幾何結構來實現。其中，導電幾何結構式對材料的電磁性能起決定性作用，而支承導電幾何結構的載體則對整個材料的力學性能有主要作用。
[0003]目前，人工電磁材料的載體通常有樹脂基複合材料製成，其在固化成型的過程中的控制因素例如溫度、壓力、應力等決定了固化後材料的力學性能。現有技術中，主要通過電子傳感器等來檢測材料成型時的環境溫度，但容易造成偏差，不利於精準地監控成型過程。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術的缺陷，本發明提出一種能對加熱過程進行準確地、實時地監控從而保證力學性能的人工電磁材料及其製備方法、天線罩、天線系統。
[0005]本發明的一種人工電磁材料的製備方法，包括如下步驟:
[0006]P1、準備一層或多層堆疊的複合材料；
[0007]P2、在所述一層或多層複合材料的外表面上鋪貼光纖光柵一端,所述光纖光柵另一端連接監測儀；
[0008]P3、在鋪貼有光纖光柵的一層或多層複合材料的外表面上鋪設一層或多層複合材料；
[0009]P4、對中間鋪貼有所述光纖光柵的多層複合材料整體加熱固化，所述監測儀監控所述光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。
[0010]進一步地，所述複合材料為預浸料、蜂窩結構材料、熱固性樹脂材料中的一種或幾種。
[0011 ] 進一步地，不同層的所述複合材料相同或不同。
[0012]進一步地，所述複合材料為預浸料，所述預浸料包括基層和附著在基層上、平行鋪排的多根纖維。
[0013]進一步地，所述光纖光柵的方向與所述預浸料的纖維方向成銳角交叉或為O度平行。
[0014]進一步地，所述光纖光柵位於所述多層複合材中最中間的兩層複合材料之間。
[0015]進一步地，步驟P2中，在所述複合材料的外表面鋪貼光纖光柵的步驟之前，還包括對所述光纖光柵進行預處理的步驟。
[0016]進一步地，對所述光纖光柵進行預處理的步驟具體包括:
[0017]P21、對所述光纖光柵進行校驗；
[0018]P22、對校驗後的光纖光柵進行清洗。
[0019]進一步地，步驟P21具體為:
[0020]將所述光纖光柵一端油浴加熱，另一端連接所述監控儀；
[0021]所述監控儀對所述光纖光柵反饋的信號進行記錄，並於實際油溫比對，得到校驗值。
[0022]進一步地，步驟P22具體為:
[0023]用有機溶液清洗油浴出來的所述光纖光柵；
[0024]對所述光纖光柵加熱，使所述有機溶液蒸發。
[0025]進一步地，至少其中一層所述複合材料表面上附著有多個導電幾何結構。
[0026]進一步地，所述多個導電幾何結構通過蝕刻、粘接、機械固定方式附著在所述複合材料上。
[0027]進一步地，所述監測儀為光纖光柵解調儀。
[0028]進一步地，在步驟P4之後還包括步驟P5:
[0029]P5、所述多層複合材料固化成型，剪斷所述光纖光柵，使其與所述複合材料邊緣齊平。
[0030]本發明的另一種人工電磁材料的製備方法，包括如下步驟:
[0031]S1、準備多層複合材料；
[0032]S2、在至少其中相鄰兩層複合材料之間植入光纖光柵一端，所述光纖光柵另一端連接監測儀；
[0033]S3、對所述植入有光纖光柵的多層複合材料加熱固化，所述監測儀監控所述光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。
[0034]本發明還保護一種人工電磁材料，包括多層複合材料，至少其中相鄰兩層複合材料之間植入有光纖光柵。
[0035]進一步地，至少其中一層所述複合材料表面附著有導電幾何結構。
[0036]本發明還保護一種天線罩，由上述的人工電磁材料製成。
[0037]本發明還保護一種天線系統，包括天線主體和設置在所述天線主體外的上述天線罩。
[0038]進一步地，所述天線系統為飛行器、交通工具、雷達或基站。
[0039]採用本發明，具有以下有益效果:在對複合材料進行加熱固化時可通過其內部的光纖光柵進行實時監控，從而在加熱條件不合適時及時予以調整，保證最終的人工電磁材料具有更好的電學性能和機械性能。同時，由於光纖光柵採用石英玻璃製成，具有耐高溫的特點，因此在加熱過程中能夠保持良好的檢測性能；而石英玻璃質量輕、體積小且不具有電磁特性，因此光纖光柵最終保留在人工電磁材料中也不會影響到人工電磁材料整體的力學性能和電磁特性。具有該人工電磁材料的天線罩和天線系統也因獲得更好的人工電磁材料，進而具有更好的使用性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]在下文中將基於僅為非限定性的實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中:
[0041]圖1是根據本發明的一種人工電磁材料的製備方法的流程圖；
[0042]圖2是根據本發明的另一種人工電磁材料的製備方法的流程圖；
[0043]圖3是對光纖光柵進行校驗的示意圖。
[0044]在圖中，相同的構件由相同的附圖標記標示。附圖並未按照實際的比例繪製。
【具體實施方式】
[0045]以下是本發明的具體實施例並結合附圖對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。
[0046]本發明涉及一種人工電磁材料的製備方法，其相對於現有的製備方法，能夠更好地監控到整個製備過程，從而有利於精確地控制過程中的各個參數，使得最終製得的人工電磁材料既保證有良好的電磁性能，又能具有良好的力學性能。
[0047]具體地，如圖1所示，本發明的一種人工電磁材料的製備方法包括如下步驟:
[0048]P1、準備一層或多層堆疊的複合材料；
[0049]P2、在所述一層或多層複合材料的外表面上鋪貼光纖光柵一端,所述光纖光柵另一端連接監測儀；
[0050]P3、在鋪貼有光纖光柵的一層或多層複合材料的外表面上鋪設一層或多層複合材料；
[0051]P4、對中間鋪貼有所述光纖光柵的多層複合材料整體加熱固化，所述監測儀監控所述光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。
[0052]光纖光柵是一種石英玻璃製成的傳感器，能夠檢測溫度變化、內應力變化等多項參數，而石英玻璃的耐高溫性，使得其可以直接置於被加熱固化的材料內部，並將通過光柵的變化信號可反饋給檢測儀提供數據來源。同時，由於石英玻璃是一種對電磁波沒有響應的材料，因此，將光纖光柵增加到複合材料中，不會影響到最終的人工電磁材料的電磁性倉泛。
[0053]所以，在複合材料層中夾有光纖光柵，既能夠對複合材料內部的溫度、內應力等直接進行檢測，能夠不會影響人工電磁材料特性，相較於傳統的置於空氣環境中進行檢測的電子傳感器，具有更加精確的檢測結果，操作也更容易。
[0054]可以理解的是，上述製備方法是先製備複合材料，然後在其表面設置光纖光柵，再在上面鋪設複合材料；當然，在外部工具的輔助下，也可將多出複合材料整體製備堆疊後，再向其中兩層之間植入光纖光柵，具體製備方法如圖2所示，包括以下步驟:
[0055]S1、準備多層複合材料；
[0056]S2、在至少其中相鄰兩層複合材料之間植入光纖光柵一端，所述光纖光柵另一端連接監測儀；
[0057]S3、對所述植入有光纖光柵的多層複合材料加熱固化，所述監測儀監控所述光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。
[0058]這兩種方法製得的人工電磁材料是相同的，本方法的工序更簡化，可以節省操作場地，但對植入光纖光柵的動作要求更高，需避免植入時對複合材料層的破壞。
[0059]其中，上述複合材料可以為預浸料、蜂窩結構材料或熱固性樹脂材料，或者不同層的複合材料不完全相同，例如可以預浸料、蜂窩結構材料依次堆疊，或者三種材料或其他材料隨機在不同層疊放。
[0060]下面就根據多個實施例來說明本發明所要保護的製備方法的具體方案。
[0061]實施例一:
[0062]P1、選擇複合材料為預浸料，將五層預浸料層疊起來。
[0063]預浸料包括基層和附著在基層上的多根(通常數百、數千根以上)纖維，這些纖維相互平行地鋪滿基層。優選五層預浸料按照纖維都沿同一個方向來放置，可以保持預浸料在後續加熱時避免因應力方向不同而固化結合不牢固。
[0064]P2、將多根光纖光柵的有光柵的一端設置在最上層預浸料的外表面上,並且,光纖光柵在預浸料上放置的一段其方向與預浸料的纖維方向成O度即平行設置，這樣可以減少因應力變化而帶來的誤差。
[0065]當然，光纖光柵與纖維方向成一較小的銳角而交叉放置，也是允許的。
[0066]光纖光柵另一端連接監測儀，監測儀即為光纖光柵解調儀。
[0067]P3、在光纖光柵上方繼續堆疊五層預浸料，並保持光纖光柵的位置穩固；
[0068]P4、對最中間夾有光纖光柵的十層預浸料整體進行加熱，使其固化，從而得到人工電磁材料。加熱前啟動光纖光柵解調儀，從而對光纖光柵所在的預浸料內部的溫度進行監控。
[0069]加熱過程中，光纖光柵上的光柵會發生變化，該變化會變成回波信號反饋給光纖光柵解調儀，該解調儀通過軟體運算可以得出預浸料內部的溫度變化。
[0070]當溫度變化不符合預先設定的預期時，即可對加熱程序進行適時調整，從而控制最終固化的人工電磁材料的性能。
[0071]當然，光纖光柵上方和下方的預浸料層數可以相同，也可不同，優選層數相同或基本接近，可以確保光纖光柵監測到的是複合材料最內部的溫度變化，而不因太靠近外部環境而受外部環境溫度的影響。對於其他實施例中，類似的，優選光纖光柵位於多層複合材料中最中間的兩層複合材料中。
[0072]實施例二:
[0073]本實施例與實施例一具有相同的步驟，與實施例一得區別在於，P2步驟中，在光纖光柵設置在預浸料表面的操作之前，先對光纖光柵進行預處理。
[0074]預處理包括如下兩步:
[0075]S21、對所述光纖光柵進行校驗；
[0076]S22、對校驗後的所述光纖光柵進行清洗。
[0077]其中，步驟S21的實施具體如圖3所示，將光纖光柵2有光柵的一端放置在油浴加熱機構I中，另一端連接至監控儀也即光纖光柵解調儀。
[0078]該油浴加熱機構I以每分鐘2?3攝氏度的加熱速度對油升溫，同時開啟光纖光柵解調儀對浸入油中的光纖光柵2反饋的溫度曲線便宜進行實時記錄，通過計算機軟體對曲線偏移量與油的實時溫度進行比對得到校驗值，在後續的檢測中可基於該比對數據對所監控到的溫度進行補償，即實現了將光纖光柵2對溫度的實時監控數據進行必要的校驗。
[0079]校驗完畢後，將光纖光柵從油中取出後需要進行清洗，即步驟S22，具體為:
[0080]先用有機溶劑例如乙醇、苯酚等浸泡洗滌光纖光柵，使得其表面粘附的油被溶解掉；
[0081]隨後，將光纖光柵放入100?200攝氏度的烤箱中烘烤，保持20?40分鐘，既可除溼、去除水分，還可確保表面殘留的有機溶劑蒸發無殘留。
[0082]顯然，上述預處理步驟適用於所有實施例中，只要是在需要植入光纖光柵之前為了保證監控的精確度，均可對其進行校驗然後清洗的操作，在其他實施例中將不再贅述。
[0083]實施例三:
[0084]P1、選擇複合材料為熱固性有機樹脂，例如環氧樹脂。將三層環氧樹脂堆疊起來。其中位於中間的一層環氧樹脂表面鍍銅，然後通過化學蝕刻工藝在環氧樹脂表面留下周期性排布的多個導電幾何結構，其餘部分均被蝕刻掉。導電幾何結構為由銅線組成的具有一定幾何圖案的結構，例如工字形、十字形等。
[0085]可以理解的是，環氧樹脂上也可鍍銀或其他導電金屬然後再蝕刻的方式得到導電幾何結構，也可以直接製得導電幾何結構並將其粘接或機械固定到環氧樹脂表面上。通過設計不同形狀、尺寸和排布的導電幾何結構，使得具有到點集合結構的環氧樹脂能夠具有特殊的電磁相應特性，例如對特定頻段的電磁波透過、其他頻段吸收或反射等。
[0086]當然，其它層的環氧樹脂上也可具有導電幾何結構，本文不作限制。
[0087]P2、將多根光纖光柵的有光柵的一端設置在最上層環氧樹脂的外表面上並固定。光纖光柵另一端連接光纖光柵解調儀。當在其他實施例中，最上層的環氧樹脂外表面也附著有導電幾何結構，優選光纖光柵的光柵端避免放置在導電幾何結構上，因為導電幾何結構在複合材料加熱固化時不產生放熱效應，不利於光纖光柵接收溫度變化從而影響測量。
[0088]P3、在光纖光柵上方繼續堆疊四層蜂窩結構材料並保持光纖光柵的位置穩固。
[0089]P4、對最中間夾有光纖光柵的七層複合材料整體進行加熱，使其固化，加熱前啟動光纖光柵解調儀，從而對光纖光柵所在的環氧樹脂內部的溫度進行監控。
[0090]P5、多層複合材料固化成型後，剪斷光纖光柵，使其與複合材料邊緣齊平，得到夾有光纖光柵的人工電磁材料。
[0091]實施例四:
[0092]本實施例與實施例三基本相同，區別僅在於，在上述四層蜂窩結構材料的最上表面上另鋪設多根光纖光柵，並在該光纖光柵上方再覆蓋有一層或多層複合材料，例如蜂窩結構材料、預浸料或環氧樹脂或其他複合材料。該多根光纖光柵另一端也連接入另一臺或同一臺光纖光柵解調儀中進行監測。
[0093]可以理解的是，可以在多個不同層之間植入光纖光柵，因此光纖光柵層也可以有一層、兩層或多於兩層，本文不作限制。
[0094]實施例五:
[0095]人工電磁材料的另一種製備方法如下:
[0096]S1、將多層蜂窩結構材料層疊起來；
[0097]S2、在其中相鄰兩層蜂窩結構材料之間植入光纖光柵一端並壓合定位,光纖光柵另一端連接光纖光柵解調儀；
[0098]S3、對夾有光纖光柵的多層蜂窩結構材料加熱固化,即得到人工電磁材料。光纖光柵解調儀監控光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。
[0099]基於上述製備方法，本發明還保護由上述方法製得的人工電磁材料。根據上述對製備方法的描述可知，本發明的人工電磁材料必然包括多層複合材料，這裡的多層是指兩層或多於兩層。在至少其中兩層相鄰複合材料之間植入有光纖光柵。這裡的複合材料可以是各種包括多種成分組合而成的熱固性材料，例如預浸料、熱固性樹脂、蜂窩結構材料等。人工電磁材料的各層複合材料其成分可以相同，也可不同層具有不同的成分。
[0100]並且，基於上述實施例可知，其中一層或多層複合材料表面可以附著有上述的導電幾何結構，使得該人工電磁材料具有特殊的電磁響應特性。
[0101]基於上述人工電磁材料，本發明還保護一種天線罩,其由本發明的人工電磁材料製得。由於天線罩通常具有非平面的立體結構，因此在對人工電磁材料的多層複合材料進行加熱固化時，需要將其設置在一成形模具上，該成型模具具有天線罩所需的立體結構，在加熱時同時對該多層複合材料加壓成形，固化後即可得到本發明所要保護的天線罩。
[0102]進一步地，本發明還保護一種天線系統，例如飛行器、交通工具、雷達、基站等，其具有用於發射和接收信號的天線主體，還包括罩在天線主體外的上述天線罩，用於對天線主體進行保護、防止外力破壞和水汽腐蝕。另外，除了物理隔離保護以外，本發明的人工電磁材料可以具有特殊的電磁透波、反射波等性能，因此能夠進一步增強天線系統的通信功倉泛。
[0103]綜上所述，採用本發明的人工電磁材料的製備方法，使得在對複合材料進行加熱固化時可通過其內部的光纖光柵進行實時監控，從而在加熱條件不合適時及時予以調整，保證最終的人工電磁材料具有更好的電學性能和機械性能。
[0104]同時，由於光纖光柵採用石英玻璃製成，具有耐高溫的特點，因此在加熱過程中能夠保持良好的檢測性能；而石英玻璃質量輕、體積小且不具有電磁特性，因此光纖光柵最終保留在人工電磁材料中也不會影響到人工電磁材料整體的力學性能和電磁特性。具有該人工電磁材料的天線罩和天線系統也因獲得更好的人工電磁材料，進而具有更好的使用性倉泛。
[0105]上述這些情形，都屬於本發明所要保護的範圍，並不僅限於上述實施例。本發明所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例作各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。
【權利要求】
1.一種人工電磁材料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: P1、準備一層或多層堆疊的複合材料； P2、在所述一層或多層複合材料的外表面上鋪貼光纖光柵一端，所述光纖光柵另一端連接監測儀； P3、在鋪貼有光纖光柵的一層或多層複合材料的外表面上鋪設一層或多層複合材料； P4、對中間鋪貼有所述光纖光柵的多層複合材料整體加熱固化，所述監測儀監控所述光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。
2.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述複合材料為預浸料、蜂窩結構材料、熱固性樹脂材料中的一種或幾種。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，不同層的所述複合材料相同或不同。
4.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，所述複合材料為預浸料，所述預浸料包括基層和附著在基層上、平行鋪排的多根纖維。
5.根據權利要求4所述的製備方法，其特徵在於，所述光纖光柵的方向與所述預浸料的纖維方向成銳角交叉或為O度平行。
6.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述光纖光柵位於所述多層複合材中最中間的兩層複合材料之間。
7.根據權利方法所述的製備方法，其特徵在於，步驟P2中，在所述複合材料的外表面鋪貼光纖光柵的步驟之前，還包括對所述光纖光柵進行預處理的步驟。
8.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，對所述光纖光柵進行預處理的步驟具體包括: P21、對所述光纖光柵進行校驗； P22、對校驗後的光纖光柵進行清洗。
9.根據權利要求8所述的製備方法，其特徵在於，步驟P21具體為: 將所述光纖光柵一端油浴加熱，另一端連接所述監控儀； 所述監控儀對所述光纖光柵反饋的信號進行記錄，並於實際油溫比對，得到校驗值。
10.根據權利要求9所述的製備方法，其特徵在於，步驟P22具體為: 用有機溶液清洗油浴出來的所述光纖光柵； 對所述光纖光柵加熱，使所述有機溶液蒸發。
11.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，至少其中一層所述複合材料表面上附著有多個導電幾何結構。
12.根據權利要求11所述的製備方法，其特徵在於，所述多個導電幾何結構通過蝕刻、粘接、機械固定方式附著在所述複合材料上。
13.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述監測儀為光纖光柵解調儀。
14.根據權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，在步驟P4之後還包括步驟P5: P5、所述多層複合材料固化成型，剪斷所述光纖光柵，使其與所述複合材料邊緣齊平。
15.一種人工電磁材料的製備方法，其特徵在於，包括如下步驟: 51、準備多層複合材料； 52、在至少其中相鄰兩層複合材料之間植入光纖光柵一端，所述光纖光柵另一端連接監測儀； S3、對所述植入有光纖光柵的多層複合材料加熱固化，所述監測儀監控所述光纖光柵在加熱固化過程中反饋的信號。
16.—種人工電磁材料，其特徵在於，包括多層複合材料，至少其中相鄰兩層複合材料之間植入有光纖光柵。
17.根據權利要求16所述的人工電磁材料，其特徵在於，至少其中一層所述複合材料表面附著有導電幾何結構。
18.—種天線罩，其特徵在於，由權利要求16至17所述的人工電磁材料製成。
19.一種天線系統，其特徵在於，包括天線主體和設置在所述天線主體外的天線罩，所述天線罩為權利要求18所述的天線罩。
20.根據權利要求19所述的天線系統，其特徵在於，所述天線系統為飛行器、交通工具、雷達或基站。
【文檔編號】H01Q1/42GK104466420SQ201310430571
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】不公告發明人 申請人:深圳光啟高等理工研究院