大型超材料板材的製造方法及大口徑超材料天線罩的製造方法
2023-05-11 05:14:26 1
專利名稱：大型超材料板材的製造方法及大口徑超材料天線罩的製造方法
技術領域：
本發明涉及超材料及其在天線罩上的應用，更具體地說，涉及ー種超材料板材的製造方法及大ロ徑超材料天線罩的製造方法。
背景技術：
超材料是ー種具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工複合結構。當前，人們通過在基板上排列由金屬線段構成的具有一定幾何形狀的超材料金屬微結構來形成超材料。由於可以利用金屬微結構的幾何形狀和尺寸以及排布來改變超材料空間各點的介電常數和/或磁導率，使其產生預期的電磁響應，以控制電磁波的傳播，故而，在多個領域具有廣泛的應用前景，成為各國科研人員爭相研究的熱點之一。最新的研究發現，超材料是ー種良好的透波材料，特別是用其製成的天線罩不僅可顯著提高天線罩的透波性能，而且 使天線罩具有耐熱、耐腐蝕、抗壓及其他機械性能。目前，超材料金屬微結構是通過蝕刻附著於基板上的金屬箔來形成，從而製得超材料板材。但是，現有的蝕刻設備和基板的最大尺寸均限制了大型超材料板材的製造，因此，無法獲得適用於大口徑天線罩的大型超材料板材。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，提供ー種大型超材料板材的製造方法及大口徑超材料天線罩的製造方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是ー種大型超材料板材的製造方法，包括以下步驟提供至少兩均覆有金屬箔的基板，所述兩基板由熱塑性材料製成；蝕刻所述兩基板上的金屬箔，從而在所述兩基板上形成呈陣列排布的多個金屬微結構；沿板面方向切分所述兩基板，使所述兩基板的邊緣分別形成比基板的厚度更薄的連接部，且每一基板的連接部可配合於另一基板的邊緣由切分所形成的凹陷；將所述兩基板的連接部搭接在一起並進行熱壓合，從而形成一接合區域，而所述接合區域的金屬微結構的排布與其它區域的金屬微結構的排布連續，即製得更大尺寸的整塊超材料板材。優選地，所述方法還包括基於基板的電磁參數，利用電腦仿真軟體通過優化算法來設計所述金屬微結構的幾何形狀、尺寸及排布，並根據基板的數量分為若干部分，蝕刻時依據設計分別在基板上形成金屬微結構。優選地，所述方法還包括重複以上步驟，以製得多塊所述大型超材料板材，並對這些大型超材料板材進行熱壓合而將它們結合在一起。優選地，每ー基板的ー個表面附有金屬箔；蝕刻形成的金屬微結構位於每一基板的該表面。優選地,蝕刻形成的金屬微結構位於所述超材料板材的同一表面。優選地，每ー基板的兩相對表面均附有金屬箔；蝕刻形成的金屬微結構位於每ー基板的兩相對表面。優選地，所述金屬箔是銅箔。優選地，所述基板由丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯製成。優選地，所述覆有金屬箔的基板為四塊，包括兩對對角設置的第一基板和第二基板，每ー第一基板和第二基板的兩相鄰邊緣均形成連接部，且每ー第一基板的兩連接部分別配合於所述兩第二基板的邊緣由切分所形成的凹陷、每ー第二基板的兩連接部分別配合於所述兩第一基板的邊緣由切分所形成的凹陷，而所述兩第一基板或第二基板的兩連接部 的相交處形成兩相互配合的缺ロ。ー種大口徑超材料天線罩的製造方法，包括以下步驟提供至少兩均覆有金屬箔的基板，所述兩基板由熱塑性材料製成；蝕刻所述兩基板上的金屬箔，從而在所述兩基板上形成呈陣列排布的多個金屬微結構；沿板面方向切分所述兩基板，使所述兩基板的邊緣分別形成比基板的厚度更薄的連接部，且每一基板的連接部可配合於另一基板的邊緣由切分所形成的凹陷；將所述兩基板的連接部搭接在一起並進行熱壓合，從而形成一接合區域，而所述接合區域的金屬微結構的排布與其它區域的金屬微結構的排布連續，即製得的大尺寸超材料板材，用於製作大口徑超材料天線罩。優選地，所述方法還包括基於基板的電磁參數和工作頻段的透波性能要求，利用電腦仿真軟體通過優化算法來設計所述金屬微結構的幾何形狀、尺寸及排布，並根據基板的數量分為若干部分，蝕刻時依據設計分別在基板上形成金屬微結構。優選地，所述方法還包括製造一用於容納天線的中空殼體，所述大型超材料板材安裝於所述殼體並位於電磁波的傳播方向上。本發明超材料板材的製造方法及大口徑超材料天線罩的製造方法具有以下有益效果將附著有超材料金屬微結構的多塊基板通過熱壓合的方法結合在起，從而製得了表面平整的大尺寸整塊超材料板材，不僅製造成本低，而且一致性好，將其用於製作大口徑超材料天線罩時，由於所述超材料板材的一體化結構，可保證其良好的機械性能。
下面將結合附圖及具體實施方式
對本發明作進ー步說明。圖I是本發明大型超材料板材的製造方法的一個實施方式的流程圖；圖2是利用圖I中的方法製得的大型超材料板材的平面示意圖；圖3是圖2中III-III方向的剖視圖；圖4是圖2中靠近接合區域的放大圖；圖5是本發明大型超材料板材的製造方法的第二實施方式的流程圖；圖6是圖5所示流程圖的ー個實施例；圖7是利用圖6中的方法製作大型超材料板材的過程示意圖8是利用圖6中的方法製作大型超材料板材的另ー過程示意圖；圖9是圖7中的大型超材料板材靠近接合區域的放大圖；圖10是利用圖6中的方法製得的雙層大型超材料板材的結構示意圖；圖11是本發明大口徑超材料天線罩的製造方法的一個實施方式的流程圖；圖12是利用圖11中的方法製得的大口徑超材料天線罩的示意圖。圖中各標號對應的名稱為10,30,52大型超材料板材、12基板、14、36金屬微結構、15超材料単元、16、322、342連接部、18、38接合區域、32第一基板、34第二基板、344、346缺ロ、40雙層大型超材料板材、50大口徑超材料天線罩、54多層大型超材料板材、56殼體
具體實施例方式本發明所稱的超材料板材中的「板材」不限定外形，不僅可呈平整、彎曲等任意形狀，亦包括硬質板、軟質板和薄膜。如圖I至圖4所示，為本發明超材料板材的製造方法的第一實施方式和利用該方法製得的大型超材料板材10，該方法包括以下步驟步驟101 :提供至少兩均覆有金屬箔的基板12，所述兩基板12由熱塑性材料製成。步驟103 :蝕刻所述兩基板12上的金屬箔，從而在所述兩基板12上形成呈陣列排布的多個金屬微結構14。一般，姆個金屬微結構14及其所在的基板12部分稱為ー個超材料單元15，每個超材料單元15的幾何尺寸與所需響應的電磁波的波長有夫。可利用光刻、電鍍、鑽刻、電子刻或者離子刻來蝕刻姆一基板12上的金屬箔而形成所述金屬微結構14。步驟105 :沿板面方向切分所述兩基板12，使所述兩基板12的邊緣分別形成比基板12的厚度更薄的連接部16，且每一基板12的連接部16可配合於另一基板12的邊緣由切分所形成的凹陷。步驟107 :將所述兩基板12的連接部16搭接在一起並進行熱壓合，從而形成一接合區域18，而所述接合區域18的金屬微結構14的排布與其它區域的金屬微結構14的排布連續，即製得更大尺寸的整塊超材料板材10。本發明超材料板材的製造方法不僅可獲得大尺寸超材料板材，而且製造成本低，
表面平整。如圖5所示，為本發明超材料板材的製造方法的第二實施方式，該方法包括以下步驟步驟201 :提供至少兩均覆有金屬箔的基板，所述兩基板由熱塑性材料製成。一般，所述兩基板由低介電常數、低損耗的材料製成。所述金屬箔既可附著於每一基板的任一側面，也可附著於每一基板的兩相對側面。步驟203 :基於基板的電磁參數，利用電腦仿真軟體通過優化算法來設計金屬微結構的幾何形狀、尺寸及排布，並根據基板的數量分為若干部分。步驟205 :蝕刻所述兩基板上的金屬箔，從而在所述兩基板上形成呈陣列排布的多個金屬微結構。蝕刻時依據步驟203中的設計分別在所述兩基板上形成所述多個金屬微結構。當每一基板的一側面覆有金屬箔時，所述金屬微結構形成於每一基板的相應側面；當每ー基板的兩側面覆有金屬箔時，所述金屬微結構形成於每一基板的兩側面。
步驟207 :沿板面方向切分所述兩基板，使所述兩基板的邊緣分別形成比基板的厚度更薄的連接部，且每一基板的連接部可配合於另一基板的邊緣由切分所形成的凹陷。步驟208 :將所述兩基板的連接部搭接在一起並進行熱壓合，從而形成一接合區域，而所述接合區域的金屬微結構的排布與其它區域的金屬微結構的排布連續，即製得更大尺寸的整塊超材料板材。步驟209 :重複以上步驟，從而製得多塊所述大型超材料板材，將這些大型超材料板材疊加在一起並進行熱壓合，進而製得緻密的多層大型超材料板材。本發明超材料板材的製造方法通過熱壓合エ藝將多塊所述大型超材料板材結合在一起，可保證其機械結構穩定。以下以ー個實施例為例進行具體說明如圖6至圖10所示，為第一實施例的製造方法及利用該方法製得的大型超材料板 材30，其包括以下步驟步驟301 :提供四塊均覆有金屬箔的基板，為兩對角設置的第一基板32和兩對角設置的第二基板34，它們均由同一種熱塑性材料製成。本實施例中，所述第一基板32和第ニ基板34均由丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯(英文名為Acrylonitrile Butadiene Styrene,簡稱ABS)製成。所述金屬箔可以為銅箔、銀箔等，本實施例中，所述金屬箔是附著於每ー第一基板32和第二基板34的一側面的銅箔。步驟303 :基於所述第一基板32和第二基板34的電磁參數，利用電腦仿真軟體通過優化算法來設計金屬微結構的幾何形狀、尺寸及排布，並將所述金屬微結構的排布分為四部分。目前，可使用的電腦仿真軟體有CST等。設計時，通過不斷調節金屬微結構的幾何形狀和尺寸並測量其對電磁波的響應，從中選出符合要求的金屬微結構即可。一般，金屬微結構是由金屬絲構成的具有一定幾何形狀的圖案，所述金屬絲的截面可以為扁平狀或其他任意形狀，如圓柱狀，其排布既可以是相同尺寸的金屬微結構的均勻排布，也即各個區域的金屬微結構的排布均相同，如圖4所示，也可以是不同尺寸的金屬微結構按照一定的規律排布，如圖9所示的按照同心圓排布。步驟305 :依據步驟303中的設計蝕刻所述第一基板32和第二基板34上的金屬箱，從而在所述第一基板32和第二基板34上形成多個金屬微結構36。本實施例中，所述金屬微結構是由銅絲構成的「十」字形結構，附著於每ー第一基板32和第二基板34的ー側面。步驟307 :沿板面方向切分所述第一基板32和第二基板34，使每ー第一基板32和第二基板34的兩相鄰邊緣均形成比各自厚度更薄的連接部322、342，而每ー第一基板32的兩連接部322分別配合於所述兩第二基板34的邊緣由切分所形成的凹陷、每ー第二基板34的兩連接部342分別配合於所述兩第一基板32的邊緣由切分所形成的凹陷，且所述兩第二基板34的兩連接部342的相交處形成兩相互配合的缺ロ 344、346。圖7和圖8分別示出了兩種不同的缺ロ。步驟308 :將所述第一基板32和第二基板34的連接部322、342搭接在一起、所述兩缺ロ 344、346相互配合，這時，對所述連接部322、342進行熱壓合而形成一接合區域38，且所述接合區域38的金屬微結構36的排布與其它區域的金屬微結構36的排布連續，也即所述第一基板32和第二基板34上的金屬微結構36排布在以接合中心為圓心的多個同心圓上，從而製得更大尺寸的整塊超材料板材30。步驟309 :重複以上步驟，製得另一大型超材料板材30，將所述兩大型超材料板材30疊加在一起並進行熱壓合，進而製得緻密的雙層大型超材料板材40。請參考圖11和圖12，為本發明大口徑超材料天線罩的製造方法和利用該方法製成的大口徑超材料天線罩50，該方法包括以下步驟步驟501 :提供多塊由熱塑性材料製成的覆有金屬箔的基板。步驟503 :蝕刻所述基板上的金屬箔，在所述基板上形成呈陣列排布的多個金屬微結構。蝕刻之前，應基於所述基板的電磁參數、天線的工作頻段以及透波性能要求，利用電腦仿真軟體通過優化算法來設計出金屬微結構的幾何形狀、尺寸及排布，並根據基板的 數量分為若干部分。蝕刻時依據預先的設計分別在所述基板上形成金屬微結構。步驟505 :沿板面方向切分所述基板，使所述基板的邊緣形成比基板的厚度更薄的連接部，且每一基板的連接部可配合於另一基板的邊緣由切分所形成的凹陷。步驟507 :將所述基板的連接部搭接在一起並進行熱壓合，從而形成一接合區域，而所述接合區域的金屬微結構的排布與其它區域的金屬微結構的排布連續，即製得更大尺寸的整塊超材料板材52。步驟508 :重複以上步驟，製得多塊超材料板材52，將所述大型超材料板材52疊加在一起並進行熱壓合，進而製得緻密的多層大型超材料板材54。本實施方式中，所述多層大型超材料板材54為3層。步驟509 :製造一用於容納天線的中空殼體56，所述多層大型超材料板材54安裝於所述殼體56並位於電磁波的傳播方向上，從而製得大口徑超材料天線罩50。由此可見，本發明的製造方法不僅可製得適用於大口徑超材料天線罩的大型超材料板材，而且可將多層大型超材料板材疊加在一起來增強大口徑超材料天線罩的機械強度，使其更堅固耐用。以上所述僅是本發明的若干具體實施方式
和/或實施例，不應當構成對本發明的限制。對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明基本思想的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，如所述基板還可由其他熱塑性材料製成，且不同的基板由不同的熱塑性材料製成，這時，附著於其上的金屬微結構的幾何形狀和/或尺寸也應不同，但應保證各處的電磁響應滿足要求；所述兩缺ロ 344、346也可分別形成於所述兩第一基板32的兩連接部322的相交處，而這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.ー種大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 提供至少兩均覆有金屬箔的基板，所述兩基板由熱塑性材料製成； 蝕刻所述兩基板上的金屬箔，從而在所述兩基板上形成呈陣列排布的多個金屬微結構； 沿板面方向切分所述兩基板，使所述兩基板的邊緣分別形成比基板的厚度更薄的連接部，且每一基板的連接部可配合於另一基板的邊緣由切分所形成的凹陷； 將所述兩基板的連接部搭接在一起並進行熱壓合，從而形成一接合區域，而所述接合區域的金屬微結構的排布與其它區域的金屬微結構的排布連續，即製得更大尺寸的整塊超材料板材。
2.根據權利要求I所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，所述方法還包括基於基板的電磁參數，利用電腦仿真軟體通過優化算法來設計所述金屬微結構的幾何形狀、尺寸及排布，並根據基板的數量分為若干部分，蝕刻時依據設計分別在基板上形成金屬微結構。
3.根據權利要求I所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，所述方法還包括重複權利要求I中的步驟，以製得多塊所述大型超材料板材,並對這些大型超材料板材進行熱壓合而將它們結合在一起。
4.根據權利要求I所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，每ー基板的ー個表面附有金屬箔；蝕刻形成的金屬微結構位於姆一基板的該表面。
5.根據權利要求4所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，蝕刻形成的金屬 微結構位於所述超材料板材的同一表面。
6.根據權利要求I所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，每ー基板的兩相對表面均附有金屬箔；蝕刻形成的金屬微結構位於每一基板的兩相對表面。
7.根據權利要求I所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，所述金屬箔是銅箔。
8.根據權利要求I所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，所述基板由丙烯腈-丁ニ烯-苯こ烯製成。
9.根據權利要求I所述的大型超材料板材的製造方法，其特徵在於，所述覆有金屬箔的基板為四塊，包括兩對對角設置的第一基板和第二基板，姆ー第一基板和第二基板的兩相鄰邊緣均形成連接部，且每ー第一基板的兩連接部分別配合於所述兩第二基板的邊緣由切分所形成的凹陷、每ー第二基板的兩連接部分別配合於所述兩第一基板的邊緣由切分所形成的凹陷，而所述兩第一基板或第二基板的兩連接部的相交處形成兩相互配合的缺ロ。
10.ー種大口徑超材料天線罩的製造方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 利用權利要求I至9中任意一項所述的方法來製得大型超材料板材，用於製作大口徑超材料天線罩。
11.根據權利要求10所述的大口徑超材料天線罩的製造方法，其特徵在於，所述方法還包括基於基板的電磁參數和工作頻段的透波性能要求，利用電腦仿真軟體通過優化算法來設計所述金屬微結構的幾何形狀、尺寸及排布，並根據基板的數量分為若干部分，蝕刻時依據設計分別在基板上形成金屬微結構。
12.根據權利要求10所述的大口徑超材料天線罩的製造方法，其特徵在於，所述方法還包括製造一用於容納天線的中空殼體，所述大型超材料板材安裝於所述殼體並位於電磁波的傳播 方向上。
全文摘要
本發明提供一種大型超材料板材的製造方法，其包括以下步驟提供至少兩均覆有金屬箔的基板，所述兩基板由熱塑性材料製成；蝕刻所述兩基板上的金屬箔，從而在所述兩基板上形成呈陣列排布的多個金屬微結構；沿板面方向切分所述兩基板，使所述兩基板的邊緣分別形成比基板的厚度更薄的連接部，且每一基板的連接部可配合於另一基板的邊緣由切分所形成的凹陷；將所述兩基板的連接部搭接在一起並進行熱壓合，從而形成一接合區域，而所述接合區域的金屬微結構的排布與其它區域的金屬微結構的排布連續，即製得更大尺寸的整塊超材料板材，從而製得了表面平整的大尺寸整塊超材料板材。本發明還提供了一種將該方法使用於大口徑超材料天線罩的製造中的方法。
文檔編號H01Q1/42GK102820543SQ20121022044
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者劉若鵬, 趙治亞, 法布裡齊亞·蓋佐, 易翔 申請人:深圳光啟創新技術有限公司