專利名稱：基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁通訊領(lǐng)域，尤其涉及一種基于混合材料工藝的阻抗匹配元件。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁波技術(shù)逐漸深入到我們生活的各個(gè)方面。電磁波的一個(gè)重要的特性是它可以在任何的介質(zhì)或真空中傳播。在電磁波從發(fā)射端傳播至接收端過程中，能量的損耗直接影響電磁信號(hào)傳播的距離以及傳輸信號(hào)的質(zhì)量。當(dāng)電磁波經(jīng)過同一介質(zhì)時(shí)，基本沒有能量的損失；而當(dāng)電磁波經(jīng)過不同介質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生部分反射現(xiàn)象。通常兩邊介質(zhì)的電磁參數(shù)(介電常數(shù)或者磁導(dǎo)率)差距越大反射就會(huì)越大。由于部分電磁波的反射，沿傳播方向的電磁能量就會(huì)相應(yīng)損耗，嚴(yán)重影響電磁信號(hào)傳播的距離和傳輸信號(hào)的質(zhì)量。研究阻抗匹配就是為了減少電磁波在經(jīng)過不同介質(zhì)邊界時(shí)的信號(hào)反射問題。但目前關(guān)于電磁波傳輸過程中的阻抗匹配問題的研究還僅限于電路中，對于空間傳播時(shí)的阻抗匹配問題還沒有較成熟的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，可減少電磁波在經(jīng)過不同介質(zhì)邊界時(shí)能量的損耗。
為解決上述技術(shù)問題，提供了一種基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，設(shè)置于第一介質(zhì)與第二介質(zhì)之間，所述元件由多個(gè)功能片層構(gòu)成，每個(gè)功能片層包括片狀基板和設(shè)置于所述基板上的孔，所述基板分成多個(gè)單元格，每個(gè)所述單元格內(nèi)均開設(shè)有孔，所述元件各功能片層的阻抗沿所述功能片層堆疊方向連續(xù)變化，首位功能片層和末尾功能片層的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同。上述技術(shù)方案至少具有如下有益效果本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，設(shè)置于第一介質(zhì)與第二介質(zhì)之間，元件由多個(gè)功能片層構(gòu)成，每個(gè)功能片層包括片狀基板和設(shè)置于基板上的孔，基板分成多個(gè)單元格，每個(gè)單元格內(nèi)均開設(shè)有孔，元件各功能片層的阻抗沿功能片層堆疊方向連續(xù)變化，首位功能片層和末尾功能片層的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同。本發(fā)明的阻抗匹配元件通過調(diào)整孔的大小和分布從而改變基板的電磁參數(shù)分布，并采用多個(gè)基板堆疊形成一阻抗?jié)u變層。該阻抗匹配元件可消除兩介質(zhì)分界面的阻抗突變，進(jìn)而解決了電磁波在經(jīng)過兩介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生反射而導(dǎo)致電磁波能量損耗的問題。


圖I是本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I所示的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的主視圖。圖3是圖2所示的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的A-A剖視圖。
圖4是本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4所示的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的正視圖。圖6是圖5所示的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的A-A剖視圖。圖7是本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式當(dāng)電磁波在同一介質(zhì)傳播時(shí)，基本沒有能量的損失；而當(dāng)電磁波經(jīng)過不同介質(zhì)的分界面時(shí)，會(huì)發(fā)生部分反射現(xiàn)象。通常兩邊介質(zhì)的電磁參數(shù)(介電常數(shù)或者磁導(dǎo)率)差距越大反射就會(huì)越大。由于部分電磁波的反射，沿傳播方向的電磁能量就會(huì)相應(yīng)損耗，嚴(yán)重影 響電磁信號(hào)傳播的距離和傳輸信號(hào)的質(zhì)量。本發(fā)明涉及一種阻抗匹配元件，用以解決電磁波在空間傳播過程中經(jīng)過不同介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生部分反射而導(dǎo)致電磁波能量損耗的問題。在一塊電磁參數(shù)分布均勻的材料上，通過在材料某些區(qū)域打小孔，由于空氣介質(zhì)會(huì)填入這些小孔，會(huì)導(dǎo)致該材料局部區(qū)域的電磁參數(shù)分布變化。根據(jù)上述原理，分析該材料的電磁參數(shù)和空氣電磁參數(shù)的相互作用關(guān)系，通過控制孔的數(shù)量和大小分布就可以調(diào)整材料局部區(qū)域的電磁參數(shù)分布，以此類推，根據(jù)各個(gè)區(qū)域要求的電磁參數(shù)分布，就可以實(shí)現(xiàn)材料宏觀整體上的對電磁波的不同響應(yīng)。由于材料的阻抗與7^77成正比關(guān)系，所以只要改變介電常數(shù)與磁導(dǎo)率中的至少一個(gè)，就可以改變材料的阻抗。根據(jù)上述原理將多片阻抗不同的材料堆疊組合在一起，形成阻抗?jié)u變層就可消除兩介質(zhì)間的阻抗突變，進(jìn)而消除電磁波經(jīng)過不同介質(zhì)分界面時(shí)的反射現(xiàn)象以及電磁波能量損耗問題。圖I 圖3分別是本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖、主視圖以及A-A剖視圖。該阻抗匹配元件設(shè)置于第一介質(zhì)與第二介質(zhì)之間用于消除電磁波經(jīng)過兩介質(zhì)分界面時(shí)的反射現(xiàn)象。阻抗匹配元件由多個(gè)前后表面平行的功能片層4沿垂直于片層表面方向堆疊形成，每個(gè)功能片層4包括片狀的基板I和設(shè)置于基板I上的孔3，每個(gè)基板I分成多個(gè)單元格2，在每個(gè)單元格2內(nèi)均開設(shè)有孔3。首位功能片層4和末尾功能片層4的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同，中間若干功能片層4的阻抗沿基板I的堆疊方向連續(xù)變化，形成一阻抗?jié)u變層。單元格2的尺寸取決于需要響應(yīng)的電磁波的頻率，通常單元格2的尺寸為所需響應(yīng)的電磁波波長的十分之一，否則孔3的排列在空間中不能被視為連續(xù)。本實(shí)施例中各個(gè)基板I上的孔3的深度均相同，同一基板I上的孔3的橫截面積相同，不同基板I上的孔3的橫截面積沿功能片層4堆疊方向連續(xù)增大。本實(shí)施例中的孔3均為圓柱形，同一基板I上的多個(gè)孔3均勻分布在基材I上，這里的均勻分布是指，任一孔3的橫截面的圓心與其周圍幾個(gè)孔3的橫截面的圓心之間的間隔距離相等。由于圓柱形孔3的存在所以各個(gè)單元格3的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率都會(huì)發(fā)生變化，同一基板I的各個(gè)單元格2內(nèi)的孔3的體積相等，所以孔3內(nèi)填充入等量的空氣，同一功能片層4上的各個(gè)單元格2的等效介電常數(shù)均相同；不同基板I上的孔3的體積不同且沿基板I的堆疊方向連續(xù)增大，所以本實(shí)施例的阻抗匹配元件沿功能片層4堆疊方向形成一阻抗?jié)u變層。具體實(shí)施時(shí)，也可采用不同橫截面形狀的孔3，如三角形，正方形以及正五邊形等其他多邊形。只要滿足同一基板I上的所有孔3的橫截面積相等，不同基板I上的孔3的橫截面積沿功能片層4的堆疊方向連續(xù)增大或減小即可形成一阻抗?jié)u變層，進(jìn)而消除分界面處的阻抗突變。圖4 圖6分別是本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖、主視圖以及A-A剖視圖。本實(shí)施例中阻抗匹配元件由多個(gè)前后表面平行的功能片層4沿垂直于功能片層4表面方向堆疊形成，每個(gè)功能片層4包括片狀的基板I和設(shè)置于基板I上的多個(gè)孔3。每個(gè)基板I分成多個(gè)單元格2，在每個(gè)單元格2內(nèi)均開設(shè)有孔3。首位功能片層4和末尾功能片層4的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同，中間若干功能片層4的阻抗沿功能片層4的堆疊方向連續(xù)變化，形成一阻抗?jié)u變層。單元格2的尺寸取決于需要響應(yīng)的電磁波的頻率，通常單元格2的尺寸為所需響應(yīng)的電磁波波長的十分之一，否則孔3的排列在空間中不能被視為連續(xù)。本實(shí)施例中各個(gè)基板I上的孔3的橫截面積均相等，同一基板I上的孔3的深度相同，不同基板I上的孔3的深度沿功能片層4堆疊方向連續(xù)增大。本實(shí)施例中的孔3均呈立方體形狀，同一基板I上的多個(gè)孔3均勻分布在基材I上，這里的均勻分布是指，任一孔 3的橫截面的外接圓圓心與其周圍幾個(gè)孔3的橫截面的外接圓圓心之間的間隔距離相等。本實(shí)施例中同一基板I的各個(gè)單元格2內(nèi)的孔3的體積相等，所以孔3內(nèi)填充入等量的空氣，同一功能片層4上的各個(gè)單元格的等效介電常數(shù)均相同；不同基板I上的孔3的體積不同且沿功能片層4的堆疊方向連續(xù)增大，所以本實(shí)施例的阻抗匹配元件沿功能片層4堆疊方向形成一阻抗?jié)u變層。具體實(shí)施時(shí)，也可采用不同橫截面形狀的孔3，如三角形，正方形以及正五邊形等其他多邊形。只要滿足同一基板I上的所有孔3的深度相等，不同基板I上的孔3的深度沿功能片層4的堆疊方向連續(xù)增大或減小即可形成一阻抗?jié)u變層，進(jìn)而消除分界面處的阻抗突變。圖7是本發(fā)明的阻抗匹配元件的第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中阻抗匹配元件由多個(gè)前后表面平行的功能片層4沿垂直于功能片層4表面方向堆疊形成，每個(gè)功能片層4包括片狀的基板I和設(shè)置于基板I上的多個(gè)孔3。每個(gè)基板I分成多個(gè)單元格2，在每個(gè)單元格2內(nèi)均開設(shè)有孔3。首位功能片層4和末尾功能片層4的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同，中間若干功能片層4的阻抗沿功能片層4的堆疊方向連續(xù)變化，形成一阻抗?jié)u變層。本實(shí)施例中同一基板I的每個(gè)單元格2內(nèi)設(shè)置的孔3的數(shù)量相同，不同基板I上每個(gè)單元格2內(nèi)的孔3的數(shù)量沿功能片層4堆疊方向連續(xù)增多或減少。本實(shí)施例中同一基板I的各個(gè)單元格2內(nèi)的多個(gè)孔3的總體積相等，同一功能片層4上的各個(gè)單元格的等效介電常數(shù)均相同；不同基板I上單個(gè)單元格2內(nèi)的孔3的總體積不同且沿功能片層4的堆疊方向單個(gè)單元格2內(nèi)孔3的總體積連續(xù)增大，所以本實(shí)施例的阻抗匹配元件沿功能片層4堆疊方向形成一阻抗?jié)u變層。上述三個(gè)較佳實(shí)施例中同一基板I的每個(gè)單元格2上的孔3的總體積相同，不同基板I上的單元格2的孔3的總體積沿著功能片層4的堆疊方向連續(xù)增大或減小，加工方便、模具制造工藝簡單。具體實(shí)施時(shí)，孔3也可以采用錐形、圓臺(tái)形等形狀的孔3，只要同一基板I上孔3的體積相同，不同基板I上的孔3的體積沿著功能片層4的堆疊方向連續(xù)增大或減小，即可形成一阻抗?jié)u變層，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的目的。圖8所示為本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中阻抗匹配元件由多個(gè)前后表面平行的功能片層4沿垂直于功能片層4表面方向堆疊形成，每個(gè)功能片層4包括片狀的基板I和設(shè)置于基板I上的多個(gè)孔3。每個(gè)基板I分成多個(gè)單元格2，在每個(gè)單元格2內(nèi)均開設(shè)有孔3。首位功能片層4和末尾功能片層4的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同，中間若干功能片層4的阻抗沿功能片層4的堆疊方向連續(xù)變化，形成一阻抗?jié)u變層。本實(shí)施例中由于同一基板I上的孔3的形狀、截面大小以及深度均不完全相同，只要滿足同一基板I上的所有孔3的體積相等，不同基板I上的孔3的體積沿功能片層4的堆疊方向連續(xù)增大或減小即可形成一阻抗?jié)u變層，進(jìn)而消除分界面處的阻抗突變。本實(shí)施例的阻抗匹配元件與上述兩個(gè)實(shí)施例的阻抗匹配元件相比，加工難度較高、模具制造工藝較復(fù)雜。
上述實(shí)施例由于空氣填入這些小孔，會(huì)導(dǎo)致該材料局部區(qū)域的電磁參數(shù)分布變化。具體實(shí)施時(shí)，也可以在上述實(shí)施例的孔3中填充其他與基板I不同材料的填充體，如碘晶體、氧化銅、水晶、石英、聚苯乙烯、氯化鈉、玻璃等。對于圖I和圖2所示的實(shí)施例，可在所有基板I的孔3中填充同一種材料，每個(gè)功能片層4的阻抗分布都是均為的，各個(gè)功能片層4可形成一阻抗?jié)u變層。具體實(shí)施時(shí)，也可以在所有的基板I上設(shè)置體積相同的孔3，同一功能片層4的孔3中填充的填充體具有相同的介電常數(shù)，不同功能片層4所填充的填充體的介電常數(shù)沿功能片層堆疊的方向連續(xù)增大或減小。通過設(shè)計(jì)孔3的位置、數(shù)量、大小分布以及填充材料的種類使基板I的各個(gè)單元格2的等效電磁參數(shù)具有更大的調(diào)整范圍，以滿足對電磁波控制的各方面的要求?；錓由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得，其中高分子材料可以采用聚四氟乙烯、Fr4或F4b等。可以通過注塑、沖壓或數(shù)控打孔等方式在基板I上形成孔3，如果采用陶瓷材料制成的基板1，可通過高溫?zé)Y(jié)的方式制成具有多個(gè)孔3的基板1，上述所有實(shí)施例中的孔3可為通孔或盲孔。以上所述是本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，設(shè)置于第一介質(zhì)與第二介質(zhì)之間，其特征在于，所述元件由多個(gè)功能片層構(gòu)成，每個(gè)功能片層包括片狀的基板和設(shè)置于所述基板上的孔，所述基板分成多個(gè)單元格，每個(gè)所述單元格內(nèi)均開設(shè)有孔，所述元件各功能片層的阻抗沿所述功能片層堆疊方向連續(xù)變化，首位功能片層和末尾功能片層的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同。
2.如權(quán)利要求I所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，同一基板上的孔具有相同的體積，不同基板上的孔的體積沿基板堆疊方向連續(xù)增大或減小。
3.如權(quán)利要求2所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所有的孔均具有相同的深度，同一基板上的孔的橫截面形狀相同，不同基板上的孔的橫截面積沿基板堆疊方向連續(xù)變化。
4.如權(quán)利要求2所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所有孔均具有相同的橫截面積，同一基板上的孔橫截面形狀相同，不同基板上孔的深度沿基板堆疊方向連續(xù)變化。
5.如權(quán)利要求2所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所述基板上設(shè)置有多個(gè)體積相同的孔，同一基板的每個(gè)單元格內(nèi)設(shè)置的孔的數(shù)量相同，不同基板上每個(gè)單元格內(nèi)的孔的數(shù)量沿功能片層堆疊方向連續(xù)增多或減少。
6.如權(quán)利要求2 5任一項(xiàng)所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，每個(gè)所述孔內(nèi)均填充有相同材料的填充體，所述填充體的材料與基板的材料不同。
7.如權(quán)利要求I所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所有所述孔的體積均相同，每個(gè)孔內(nèi)均填充有與基板不同材料的填充體，同一基板所填充的填充體的介電常數(shù)相同，不同基板所填充的填充體的介電常數(shù)沿功能片層堆疊的方向連續(xù)增大或減小。
8.如權(quán)利要求I所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所述孔通過注塑、沖壓或數(shù)控打孔的方式形成在所述基板上。
9.如權(quán)利要求I所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所述孔為通孔或盲孔。
10.如權(quán)利要求6所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所述填充體為空氣、碘晶體、氧化銅、水晶、石英。
11.如權(quán)利要求I所述的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，其特征在于，所述片狀基板由陶瓷材料、高分子材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料制得。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例涉及一種基于混合材料工藝的阻抗匹配元件，設(shè)置于第一介質(zhì)與第二介質(zhì)之間，元件由多個(gè)功能片層構(gòu)成，每個(gè)功能片層包括片狀基板和設(shè)置于基板上的孔，基板分成多個(gè)單元格，每個(gè)單元格內(nèi)均開設(shè)有孔，元件各功能片層的阻抗沿功能片層堆疊方向連續(xù)變化，首位功能片層和末尾功能片層的阻抗分別與第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的阻抗相同。本發(fā)明的基于混合材料工藝的阻抗匹配元件的基板上設(shè)置有多個(gè)孔，通過控制孔的大小和分布從而調(diào)整基板的電磁參數(shù)分布，并采用多個(gè)基板堆疊形成一阻抗?jié)u變層。該阻抗匹配元件設(shè)置于兩介質(zhì)間可消除介質(zhì)分界面的阻抗突變，進(jìn)而解決了電磁波在經(jīng)過兩介質(zhì)分界面時(shí)發(fā)生反射而導(dǎo)致電磁波能量損耗的問題。
文檔編號(hào)H01Q15/00GK102769192SQ20111011160
公開日2012年11月7日 申請日期2011年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月30日
發(fā)明者劉若鵬, 季春霖, 岳玉濤, 徐冠雄 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