用于超材料平板天線的天線面、以及超材料平板天線的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于超材料平板天線的天線面以及超材料平板天線。上述用于超材料平板天線的天線面包括具有疊置的介質(zhì)基板層和支撐層的介質(zhì)基材、設(shè)置在所述介質(zhì)基板層的與所述支撐層相反的表面上的多個導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)、置于所述支撐層的與所述介質(zhì)基板層相反的表面上的碳纖維背板層疊，其中，所述支撐層的材料的密度小于所述介質(zhì)基板層的材料的密度，且所述介質(zhì)基板層和所述支撐層壓合在一起。上述天線面重量較輕且機(jī)械強(qiáng)度較大。超材料平板天線具有上述天線面，同時具有較輕的重量和較大的機(jī)械強(qiáng)度。
【專利說明】用于超材料平板天線的天線面、以及超材料平板天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及通信領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于超材料平板天線的天線面、以及超材料平板天線。

【背景技術(shù)】
[0002]超材料平板天線的天線面通常由金屬微結(jié)構(gòu)、介質(zhì)基板層以及金屬反射層疊置形成，其中，介質(zhì)基板層上下表面分別附著金屬微結(jié)構(gòu)和金屬反射面層。通常，介質(zhì)基板層通常由具有一定介電常數(shù)的單一介質(zhì)材料構(gòu)成，厚度一般至少需要達(dá)到I至2毫米的量級。其中，介質(zhì)基板層的材料的密度普遍較大，強(qiáng)度和剛性不強(qiáng)，使得天線面整體的重量較大，且機(jī)械強(qiáng)度較低。對于具有單層金屬微結(jié)構(gòu)的平板天線，由于介質(zhì)基板層的材料的密度較大以及強(qiáng)度和剛性不強(qiáng)，使得使用上述天線面的平板天線的重量較重，機(jī)械強(qiáng)度也較低。為滿足平整度要求和其他力學(xué)要求，會在金屬反射層另一側(cè)放置結(jié)構(gòu)性支撐層(如金屬支架、碳纖維板等)進(jìn)行支撐和加固。近年，為了降低介質(zhì)基板的整體重量，有研宄機(jī)構(gòu)使用低介電常數(shù)、低密度的輕質(zhì)材料配合原有介質(zhì)基板使用，降低原有介質(zhì)基板的厚度，進(jìn)而降低介質(zhì)基板的整體重量，但尚未整體考慮天線系統(tǒng)的力學(xué)性能。
[0003]參照圖1，現(xiàn)有的超材料偏饋式平板天線的天線面由金屬微結(jié)構(gòu)11、介質(zhì)基板層12以及金屬反射層13疊置形成，其中，介質(zhì)基板層12的上、下表面分別附著金屬微結(jié)構(gòu)11和金屬反射面層13。介質(zhì)基板層12通常由具有一定介電常數(shù)的單一介質(zhì)材料構(gòu)成，厚度一般至少需要達(dá)到I至2毫米的量級。其中，介質(zhì)基板層12的材料的密度普遍較大，強(qiáng)度和剛性不強(qiáng)，使得超材料整體的重量較大、且機(jī)械強(qiáng)度較低。此外，為滿足平整度要求和其他力學(xué)要求，會在介質(zhì)基板層12的一側(cè)設(shè)置結(jié)構(gòu)性支撐層14進(jìn)行支撐和加固，這又進(jìn)一步增加了超材料的重量。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種重量較輕且機(jī)械強(qiáng)度較大的用于超材料平板天線的天線面、以及一種超材料平板天線。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型一方面提供了一種用于超材料平板天線的天線面，包括:介質(zhì)基材，具有疊置的介質(zhì)基板層和支撐層；多個導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，設(shè)置在介質(zhì)基板層的與支撐層相反的表面上；碳纖維背板層，疊置于支撐層的與介質(zhì)基板層相反的表面上；其中，支撐層的材料的密度小于介質(zhì)基板層的材料的密度，且介質(zhì)基板層和支撐層壓合在一起。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型，還包括:第一膠膜層，設(shè)置在介質(zhì)基板層和支撐層之間，以將介質(zhì)基板層和支撐層粘接。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型，支撐層構(gòu)造為多孔結(jié)構(gòu)。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型，多孔結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)或泡沫結(jié)構(gòu)。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型，介質(zhì)基板層的厚度小于I毫米，支撐層的厚度在1-10毫米的范圍內(nèi)。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型，在碳纖維背板層的面向支撐層的表面上涂覆有金屬涂層。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型，還包括:第二膠膜層，設(shè)置在支撐層和碳纖維背板層之間，以將支撐層和碳纖維背板層粘接。
[0012]根據(jù)本實(shí)用新型，碳纖維背板層與支撐層壓合在一起。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型，導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為由金屬或非金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)。
[0014]本實(shí)用新型的另一方面提供了一種超材料平板天線，包括饋源以及如上述任一項(xiàng)的天線面。
[0015]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0016]本實(shí)用新型的用于超材料平板天線的天線面，通過將介質(zhì)基材構(gòu)造為介質(zhì)基板層和低密度材料制成的支撐層，使得超材料具有較低的重量。并且，壓合后的低密度材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而使得超材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。此外，碳纖維背板層一方面起到了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的作用，即進(jìn)一步提高了超材料的機(jī)械強(qiáng)度；碳纖維背板層另一方面代替了原有的金屬層反射電磁波，進(jìn)一步降低了超材料重量。而由于壓合后的低密度材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，則可較現(xiàn)有技術(shù)減小碳纖維背板層的厚度，進(jìn)一步降低了超材料重量。由此，本實(shí)用新型的天線面，同時具有較輕的重量和較大的機(jī)械強(qiáng)度。
[0017]本實(shí)用新型的用于超材料平板天線的天線面，將支撐層構(gòu)造為多孔結(jié)構(gòu)，例如蜂窩結(jié)構(gòu)或泡沫結(jié)構(gòu)。可在壓合后具有遠(yuǎn)大于普通介質(zhì)基板的機(jī)械強(qiáng)度。進(jìn)而進(jìn)一步提高了超材料的機(jī)械強(qiáng)度。
[0018]本實(shí)用新型的用于超材料平板天線的天線面，在碳纖維背板層的面向支撐層的表面上涂覆有金屬涂層，加強(qiáng)反射性能。
[0019]本實(shí)用新型的超材料平板天線，包括上述天線面。故本實(shí)用新型的超材料平板天線同時具有較輕的重量和較大的機(jī)械強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種偏饋式平板天線的天線面的剖面示意圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型的天線面的一個實(shí)施例的剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]以下參見附圖描述本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】。
[0023]參照圖2，本實(shí)用新型的用于超材料平板天線的天線面的一個實(shí)施例，其包括介質(zhì)基材。其中，介質(zhì)基材包括疊置的介質(zhì)基板層22和支撐層24。支撐層24的材料的密度小于介質(zhì)基板層22的材料的密度，且介質(zhì)基板層22和支撐層24壓合在一起。此外，該天線面還包括多個導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)21和碳纖維背板層26，其中，碳纖維背板層26設(shè)置在介質(zhì)基板層22的與支撐層24相反的表面上，碳纖維背板層26疊置于支撐層24的與介質(zhì)基板層22相反的表面上。
[0024]相較于圖1示出的現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)施例以由低密度材料制成的支撐層24代替現(xiàn)有技術(shù)中的部分介質(zhì)基板層22，從而使得本實(shí)施例的天線面具有較低的重量。進(jìn)一步，本實(shí)施例中通過壓合使得各層形成整體的天線面，其中，壓合后的低密度材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而使得天線面具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。
[0025]此外，碳纖維背板層一方面起到了結(jié)構(gòu)加強(qiáng)的作用，即進(jìn)一步提高了超材料的機(jī)械強(qiáng)度；另一方面，相較于圖1示出的現(xiàn)有技術(shù)，碳纖維背板層26代替了原有的金屬層反射電磁波，即本實(shí)施例的天線面中不包括金屬層，進(jìn)一步降低了超材料重量。由此，較現(xiàn)有技術(shù)而言，碳纖維背板層26同時應(yīng)用于提高天線面的機(jī)械輕度和提供對電磁波的反射。而由于壓合后的低密度材料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，則可較現(xiàn)有技術(shù)減小碳纖維背板層的厚度，進(jìn)一步降低了超材料重量。從而，本實(shí)施例的天線面同時具有較輕的重量和較大的機(jī)械強(qiáng)度。
[0026]繼續(xù)參照圖2，本實(shí)施例中，天線面還包括第一膠膜層23，第一膠膜層23設(shè)置在介質(zhì)基板層22和支撐層24之間，以在壓合時將介質(zhì)基板層22和支撐層24粘接。其中，優(yōu)選地采用熱壓工藝，并且形成第一膠膜層23所使用的膠膜是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的可以實(shí)現(xiàn)將介質(zhì)基板層22和支撐層24粘結(jié)在一起的膠膜。
[0027]此外，在介質(zhì)基板層22的與支撐層24相反的表面上設(shè)置有導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)21，即導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)21和支撐層24分別位于介質(zhì)基板層22的兩側(cè)。該導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)21為由金屬或非金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，該導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)21為單層微結(jié)構(gòu)。
[0028]另外，在本實(shí)施例中，支撐層24構(gòu)造為多孔結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，支撐層24構(gòu)造為蜂窩結(jié)構(gòu)或泡沫結(jié)構(gòu)。構(gòu)造為多孔結(jié)構(gòu)的支撐層24，在壓合后具有遠(yuǎn)大于普通介質(zhì)基板的機(jī)械強(qiáng)度。進(jìn)而進(jìn)一步提高了天線面的機(jī)械強(qiáng)度。
[0029]進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，介質(zhì)基板層22的厚度小于I毫米，支撐層24的厚度在1-10毫米的范圍內(nèi)。相比較于現(xiàn)有技術(shù)，介質(zhì)基板層22的厚度明顯降低，進(jìn)而天線面的重量得以降低。
[0030]優(yōu)選地，介質(zhì)基板層22由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料中的一種材料制成，介質(zhì)基板層22的介電常數(shù)在2.0-4.0的范圍內(nèi)，且介質(zhì)基板層22的損耗正切角小于0.01。
[0031]進(jìn)一步參照圖2，在本實(shí)施例中，在支撐層24和碳纖維背板層26之間設(shè)置有第二膠膜層25，以在壓合時將支撐層24和碳纖維背板層26粘接。其中，形成第二膠膜層25所使用的膠膜是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的可以實(shí)現(xiàn)將支撐層24和碳纖維背板層26粘結(jié)在一起的膠膜。。
[0032]進(jìn)一步，在本實(shí)施例中，在碳纖維背板層26的面向支撐層24的表面上涂覆有金屬涂層(未示出)，即支撐層24、金屬涂層和碳纖維背板層26依次上下疊置。上述金屬涂層可進(jìn)一步增強(qiáng)反射。
[0033]可理解，設(shè)置有碳纖維背板層26的情況下，在制作該天線面的時候，將導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)21通過蝕刻工藝或其他本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的方式設(shè)置在介質(zhì)基板層22上，并將介質(zhì)基板層22、第一膠膜層23、支撐層24、第二膠膜層25和碳纖維背板層26依次疊置后熱壓在一起。
[0034]上述天線面中去除碳纖維背板后的部分的重量較現(xiàn)有技術(shù)中去除結(jié)構(gòu)性支撐層后的部分的重量降低了 40%或更多。而相比于具有同等機(jī)械強(qiáng)度的現(xiàn)有技術(shù)，上述天線面的整體重量降低了 50%。
[0035]根據(jù)不同的需要，通過配置導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的不同形狀和尺寸以及相應(yīng)的配置介質(zhì)基板，可將上述天線面應(yīng)用于超材料平板天線。
[0036]本實(shí)用新型的超材料平板天線，其天線面包括上述天線面。在使用單層導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號單收或收發(fā)的天線面中，平板天線的天線面同時具有較輕的重量和較大的機(jī)械強(qiáng)度。
[0037]以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于超材料平板天線的天線面，其特征在于，包括: 介質(zhì)基材，具有疊置的介質(zhì)基板層(22)和支撐層(24); 多個導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)(21)，設(shè)置在所述介質(zhì)基板層(22)的與所述支撐層(24)相反的表面上； 碳纖維背板層(26)，疊置于所述支撐層(24)的與所述介質(zhì)基板層(22)相反的表面上; 其中，所述支撐層(24)的材料的密度小于所述介質(zhì)基板層(22)的材料的密度，且所述介質(zhì)基板層(22)和所述支撐層(24)壓合在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于，還包括: 第一膠膜層(23)，設(shè)置在所述介質(zhì)基板層(22)和所述支撐層(24)之間，以將所述介質(zhì)基板層(22)和所述支撐層(24)粘接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于， 所述支撐層(24)構(gòu)造為多孔結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于， 所述多孔結(jié)構(gòu)為蜂窩結(jié)構(gòu)或泡沫結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于， 所述介質(zhì)基板層(22)的厚度小于I毫米，所述支撐層(24)的厚度在1-10毫米的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于， 在所述碳纖維背板層(26)的面向所述支撐層(24)的表面上涂覆有金屬涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于，還包括: 第二膠膜層(25)，設(shè)置在所述支撐層(24)和所述碳纖維背板層(26)之間，以將所述支撐層(24)和所述碳纖維背板層(26)粘接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于， 所述碳纖維背板層(26)與所述支撐層(24)壓合在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于超材料平板天線的天線面，其特征在于， 所述導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)為由金屬或非金屬的導(dǎo)電材料構(gòu)成的微結(jié)構(gòu)。
10.一種超材料平板天線，其特征在于，包括饋源以及如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的天線面。
【文檔編號】H01Q15/00GK204243207SQ201420736432
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司, 深圳光啟高等理工研究院