專利名稱：夾芯超材料及其制造方法和夾芯超材料天線罩的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超材料及其在天線罩上的應用，更具體地說，涉及一種夾芯超材料及其制造方法和夾芯超材料天線罩的制造方法。
背景技術(shù)：
超材料是一種具有天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復合結(jié)構(gòu)。當前，人們通過在基板上排列由金屬線段構(gòu)成的具有一定幾何形狀的超材料金屬微結(jié)構(gòu)來形成超材料。由于可以利用金屬微結(jié)構(gòu)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(shù)和/或磁導率，使其產(chǎn)生預期的電磁響應，以控制電磁波的傳播，故而，在多個領(lǐng)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(fā)現(xiàn)，超材料是一種良好的透波材料，特別是用其制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。盡管目前，由超材料制成的天線罩較用如玻璃鋼等傳統(tǒng)材料制成的天線罩的重量減輕很多，但還是無法滿足業(yè)界對輕質(zhì)天線罩的實際需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種夾芯超材料及其制造方法和夾芯超材料天線罩的制造方法，以獲得輕質(zhì)的三維立體夾芯超材料和三維立體夾芯超材料天線罩。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種三維立體夾芯超材料的制造方法，包括以下步驟a.制作超材料板材，所述超材料板材包括介質(zhì)基板和陣列排布于所述介質(zhì)基板上的金屬微結(jié)構(gòu)；b.將所述超材料板材切分為多個超材料條板；c.將所述多個超材料條板制成波紋板，每一波紋板包括交替設(shè)置的第一凸出部和第二凸出部以及位于所述第一凸出部和第二凸出部之間的連接部；d.將所述多個波紋板黏結(jié)在一起，且每兩相鄰波紋板中一波紋板的第一凸出部與另一波紋板的第二凸出部相結(jié)合、而其第二凸出部與另一波紋板的第一凸出部相對設(shè)置而形成多個孔壁上具有金屬微結(jié)構(gòu)的小孔，從而制得多孔超材料夾芯；e.在所述多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩表面具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材之間，即制成金屬微結(jié)構(gòu)存在于夾芯層的孔壁及表面的超材料板材上的三維立體夾芯超材料。優(yōu)選地，在所述步驟a中，所述金屬微結(jié)構(gòu)是通過曝光顯影蝕刻介質(zhì)基板表面的金屬箔形成。優(yōu)選地，在所述步驟b中，所述超材料板材沿相鄰的兩排呈直線排布的金屬微結(jié)構(gòu)之間的中分線切分為所述多個超材料條板，兩相鄰切分線之間的距離為兩相鄰金屬微結(jié)構(gòu)的中心之間的距離的整數(shù)倍。
優(yōu)選地，在所述步驟b中，所述超材料板材通過切割機切分為所述多個超材料條板。優(yōu)選地，在所述步驟c中，所述多個波紋板通過模具模壓成型。優(yōu)選地，在所述步驟d中，所述多個波紋板的第一凸出部和第二凸出部上涂覆膠黏劑而結(jié)合。優(yōu)選地，在所述步驟d中，所述多孔超材料夾芯的小孔呈六邊形。優(yōu)選地，所述步驟a還包括利用電腦仿真軟件設(shè)計出金屬微結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸及排布。一種三維立體夾芯超材料，其包括兩超材料板材和夾置于所述兩超材料板材之間 的多孔超材料夾芯，所述超材料板材的表面和多孔超材料夾芯的孔壁上均排布有多個金屬微結(jié)構(gòu)。一種夾芯超材料天線罩的制造方法，包括以下步驟SI.制作超材料板材，所述超材料板材包括介質(zhì)基板和陣列排布于所述介質(zhì)基板上的金屬微結(jié)構(gòu)；S2.將所述超材料板材切分為多個超材料條板；S3.將所述多個超材料條板制成波紋板，每一波紋板包括交替設(shè)置的第一凸出部和第二凸出部以及位于所述第一凸出部和第二凸出部之間的連接部；S4.將所述多個波紋板黏結(jié)在一起，且每兩相鄰波紋板中一波紋板的第一凸出部與另一波紋板的第二凸出部相結(jié)合、而其第二凸出部與另一波紋板的第一凸出部相對設(shè)置而形成多個孔壁上具有金屬微結(jié)構(gòu)的小孔，從而獲得多孔超材料夾芯；S5.在所述多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩表面具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材之間，即制成金屬微結(jié)構(gòu)存在于夾芯層的孔壁及表面的超材料板材上的三維立體夾芯超材料天線罩。本發(fā)明三維立體夾芯超材料及其制造方法和三維立體夾芯超材料天線罩的制造方法具有以下有益效果工藝步驟簡單、制造成本低，且制得的三維立體超材料和三維立體超材料天線罩由于具有夾芯結(jié)構(gòu)，重量較輕，還具有良好的透波性能和機械強度。


下面將結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。圖I是本發(fā)明三維立體夾芯超材料的制造方法的較佳實施方式的流程圖；圖2是利用圖I中的方法制得的超材料板材的平面示意圖；圖3是利用圖I中的方法制得的波紋板的截面示意圖；圖4是用于制造圖3中的波紋板的模具的截面示意圖；圖5是圖3中的多個波紋板黏結(jié)在一起時的排布示意圖；圖6是利用圖I中的方法制得的多孔超材料夾芯的平面示意圖；圖7是圖7中的立體圖；圖8是利用圖I中的方法制得的夾芯超材料的立體示意圖；圖9是本發(fā)明三維立體夾芯超材料天線罩的制造方法的較佳實施方式的流程圖。圖中各標號對應的名稱為
10、52超材料板材、11介質(zhì)基板、12金屬微結(jié)構(gòu)、14超材料單元、19中分線、20波紋板、22第一凸出部、24第二凸出部、26連接部、30模具、40多孔超材料夾芯、50三維立體夾芯超材料
具體實施例方式本發(fā)明中的“板材”既指平面、曲面、錐面、球面、異形面等任意形狀的薄層材料，亦包括柔軟的薄膜，根據(jù)應用需求而不同。為簡明起見，本實施方式中的“板材”均以平面示
O如圖I所示，為本發(fā)明三維立體夾芯超材料的制造方法的較佳實施方式，該較佳實施方式包括以下步驟步驟a :制作超材料板材，所述超材料板材包括介質(zhì)基板和陣列排布于所述介質(zhì)基板上的金屬微結(jié)構(gòu)。 步驟b :將所述超材料板材切分為多個超材料條板。步驟c :將所述多個超材料條板制成波紋板，每一波紋板包括交替設(shè)置的第一凸出部和第二凸出部以及位于所述第一凸出部和第二凸出部之間的連接部。步驟d :將所述多個波紋板黏結(jié)在一起，且每兩相鄰波紋板中一波紋板的第一凸出部與另一波紋板的第二凸出部相結(jié)合、而其第二凸出部與另一波紋板的第一凸出部相對設(shè)置而形成多個孔壁上具有金屬微結(jié)構(gòu)的小孔，從而制得多孔超材料夾芯。步驟e :在所述多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩表面具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材之間，即制成金屬微結(jié)構(gòu)存在于夾芯層的孔壁及表面的超材料板材上的三維立體夾芯超材料。本發(fā)明三維立體夾芯超材料的制造方法步驟簡單、制造成本低，且制得的超材料由于具有夾芯結(jié)構(gòu)，重量輕，結(jié)構(gòu)致密，從而具有良好的透波性能和機械強度。以下對所述較佳實施方式進行詳細說明如圖2所示，為由所述步驟a制得的超材料板材的一個示例。所述超材料板材10由表面附有金屬箔的介質(zhì)基板11經(jīng)由蝕刻其表面的金屬箔而制成，從而在介質(zhì)基板11的表面上形成多個呈陣列排布的金屬微結(jié)構(gòu)12，如圖中位于由虛線形成的網(wǎng)格內(nèi)的圖案，所述圖案僅為金屬微結(jié)構(gòu)的一個示例，不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。一般，所述介質(zhì)基板11由低介電常數(shù)、低損耗的材料制成，如聚合物材料、陶瓷材料、鐵電材料、鐵氧材料或鐵磁材料等，具體如環(huán)氧樹脂玻璃纖維布(即FR4)、聚四氟乙烯(英文名為Polytetrafluoroethene,簡稱F4B)、高密度聚乙烯(英文名為High DensityPolyethylene,簡稱HDPE)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(英文名為AcrylonitrileButadiene Styrene,簡稱ABS)。實際中所述介質(zhì)基板11可為軟質(zhì)基板,從而制得軟質(zhì)的超材料板材10。金屬箔既可附著于介質(zhì)基板的任一表面,也可附著于介質(zhì)基板的兩相對表面。故蝕刻時，當介質(zhì)基板的一表面覆有金屬箔時，金屬微結(jié)構(gòu)只形成于介質(zhì)基板的該表面；當介質(zhì)基板的兩表面覆有金屬箔時，金屬微結(jié)構(gòu)形成于介質(zhì)基板的兩表面。本實施方式中，所述介質(zhì)基板11由熱塑性材料制成。通常，將每個金屬微結(jié)構(gòu)12及其所在的介質(zhì)基板11部分稱為一個超材料單元14，如圖中由四條垂直相交的虛線段分隔形成的區(qū)域，每個超材料單元14的幾何尺寸與所需響應的電磁波的波長有關(guān)。金屬微結(jié)構(gòu)12可利用光刻、電鍍、鉆刻、電子刻或者離子刻等方式來蝕刻形成，本實施例中，蝕刻方法為曝光顯影法。而在蝕刻之前，基于選定的介質(zhì)基板的電磁參數(shù)，利用電腦仿真軟件(如CST)通過優(yōu)化算法來設(shè)計出金屬微結(jié)構(gòu)12的幾何形狀、尺寸及排布。實際中，我們只設(shè)計一個金屬微結(jié)構(gòu)12的幾何形狀和尺寸，進而以其為樣本進行陣列復制形成多個金屬微結(jié)構(gòu)12，這樣可節(jié)約設(shè)計時間和提高效率。若不為此目的，多個金屬微結(jié)構(gòu)12的幾何形狀和/或尺寸完全可以分別設(shè)計。在所述步驟b中，可利用高速切割機沿相鄰的兩排呈直線排布的金屬微結(jié)構(gòu)12之間的中分線19切分所述超材料板材10，而相鄰兩切分線之間的距離為兩相鄰金屬微結(jié)構(gòu)12的中心之間的距離的整數(shù)倍。如圖3所示，為由所述步驟c制得的波紋板的一個示例。所述波紋板20包括交替設(shè)置的第一凸出部22和第二凸出部24以及位于所述第一凸出部22和第二凸出部24之間的連接部26。所述波紋板20可使用模具來成型。具體如圖4所示，為用于制作所述波紋板20的模具的一個示例。所述模具30的型芯形狀根據(jù)所要制作的多孔超材料夾芯的小孔形
狀而定，圖中所示為多個間隔設(shè)置的梯形塊，以制得呈六邊形的小孔。在所述步驟d中，用膠黏劑將所述多個波紋板黏結(jié)在一起。具體過程為如圖5所示，在最上面的波紋板20的第二凸出部24上涂覆膠黏劑、在中間的波紋板20的第一凸出部22上涂覆膠黏劑，并讓其第一凸出部22與最上面的波紋板20的第二凸出部24對齊，這時壓合所述第一凸出部22和第二凸出部24，而最上面的波紋板20的第一凸出部22與中間的波紋板20的第二凸出部24形成孔壁上具有金屬微結(jié)構(gòu)12的六邊形小孔，如圖6和圖7所示。繼而，在中間的波紋板20的第二凸出部24上涂覆膠黏劑、在最下面的波紋板20的第一凸出部22上涂覆膠黏劑，同樣將它們對齊并壓合在一起，以此方式將所述多個波紋板20黏結(jié)在一起，待膠黏劑固化后即形成多孔超材料夾芯40。所述多孔超材料夾芯40的高度等于兩相鄰金屬微結(jié)構(gòu)12的中心之間的距離的整數(shù)倍，根據(jù)實際需要在所述步驟b中切分所述超材料板材10時確定。如圖8所示，為由所述步驟d制得的三維立體夾芯超材料的一個示例。所述三維立體夾芯超材料50包括兩超材料板材52和黏結(jié)于所述兩超材料板材52之間的多孔超材料夾芯40。在所述步驟d中，所述兩超材料板材52既可以與所述步驟a中的超材料板材相同，也可以不同。從而，讓所述三維立體夾芯超材料52的夾芯層的孔壁及表面的超材料板材52表面上均具有金屬微結(jié)構(gòu)。一般，所述多孔超材料夾芯40的孔壁大致垂直于所述兩超材料板材52的表面。此外，所述兩超材料板材也可以由通常的用于制造蜂窩結(jié)構(gòu)的表板代替，也可以制得所述三維立體夾芯超材料。請參考圖9，為本發(fā)明三維立體夾芯超材料天線罩的制造方法，該方法包括以下步驟步驟SI :制作超材料板材，所述超材料板材包括介質(zhì)基板和陣列排布于所述介質(zhì)基板上的金屬微結(jié)構(gòu)。步驟S2 :將所述超材料板材切分為多個超材料條板。步驟S3 :將所述多個超材料條板制成波紋板，每一波紋板包括交替設(shè)置的第一凸出部和第二凸出部以及位于所述第一凸出部和第二凸出部之間的連接部。步驟S4 :將所述多個波紋板黏結(jié)在一起，且每兩相鄰波紋板中一波紋板的第一凸出部與另一波紋板的第二凸出部相結(jié)合、而其第二凸出部與另一波紋板的第一凸出部相對設(shè)置而形成多個孔壁上具有金屬微結(jié)構(gòu)的小孔，從而獲得多孔超材料夾芯。步驟S5 :在所述多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩表面具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材之間，即制成金屬微結(jié)構(gòu)存在于夾芯層的孔壁及表面的超材料板材上的三維立體夾芯超材料天線罩。在所述步驟SI中，在制作超材料板材之前，基于板材的電磁參數(shù)、天線罩的工作頻段及透波性能的要求等來設(shè)計出金屬微結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸和排布以及超材料單元的尺寸。其他內(nèi)容與上述三維立體夾芯超材料的制造方法中的相關(guān)描述相同，不再贅述。由此可見，本發(fā)明三維立體夾芯超材料天線罩的制造方法工藝簡單、制造成本低，而且由于制得的超材料天線罩具有夾芯結(jié)構(gòu)，使重量減輕，從而具有良好的透波性能和機械強度，更堅固耐用。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實施方式
和/或?qū)嵤├?，不應當?gòu)成對本發(fā)明的 限制。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)明基本思想的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，如多孔超材料夾芯也可焊接于超材料板材之間，而這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 a.制作超材料板材，所述超材料板材包括介質(zhì)基板和陣列排布于所述介質(zhì)基板上的金屬微結(jié)構(gòu)； b.將所述超材料板材切分為多個超材料條板； c.將所述多個超材料條板制成波紋板，每一波紋板包括交替設(shè)置的第一凸出部和第二凸出部以及位于所述第一凸出部和第二凸出部之間的連接部； d.將所述多個波紋板黏結(jié)在一起，且每兩相鄰波紋板中一波紋板的第一凸出部與另一波紋板的第二凸出部相結(jié)合、而其第二凸出部與另一波紋板的第一凸出部相對設(shè)置而形成多個孔壁上具有金屬微結(jié)構(gòu)的小孔，從而制得多孔超材料夾芯； e.在所述多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩表面具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材之間，即制成金屬微結(jié)構(gòu)存在于夾芯層的孔壁及表面的超材料板材上的三維立體夾芯超材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，在所述步驟a中，所述金屬微結(jié)構(gòu)是通過曝光顯影蝕刻介質(zhì)基板表面的金屬箔形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，在所述步驟b中，所述超材料板材沿相鄰的兩排呈直線排布的金屬微結(jié)構(gòu)之間的中分線切分為所述多個超材料條板，兩相鄰切分線之間的距離為兩相鄰金屬微結(jié)構(gòu)的中心之間的距離的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，在所述步驟b中，所述超材料板材通過切割機切分為所述多個超材料條板。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，在所述步驟c中，所述多個波紋板通過模具模壓成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，在所述步驟d中，所述多個波紋板的第一凸出部和第二凸出部上涂覆膠黏劑而結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，在所述步驟d中，所述多孔超材料夾芯的小孔呈六邊形。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的三維立體夾芯超材料的制造方法，其特征在于，所述步驟a還包括利用電腦仿真軟件設(shè)計出金屬微結(jié)構(gòu)的幾何形狀、尺寸及排布。
9.一種三維立體夾芯超材料，其特征在于，所述三維立體夾芯超材料是由權(quán)利要求1-8中任一項所述的三維立體夾芯超材料的制造方法制得的。
10.一種三維立體夾芯超材料天線罩的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 s1.制作超材料板材，所述超材料板材包括介質(zhì)基板和陣列排布于所述介質(zhì)基板上的金屬微結(jié)構(gòu)； s2.將所述超材料板材切分為多個超材料條板； s3.將所述多個超材料條板制成波紋板，每一波紋板包括交替設(shè)置的第一凸出部和第二凸出部以及位于所述第一凸出部和第二凸出部之間的連接部； s4.將所述多個波紋板黏結(jié)在一起，且每兩相鄰波紋板中一波紋板的第一凸出部與另一波紋板的第二凸出部相結(jié)合、而其第二凸出部與另一波紋板的第一凸出部相對設(shè)置而形成多個孔壁上具有金屬微結(jié)構(gòu)的小孔，從而制得多孔超材料夾芯；S5.在所述多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩表面具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材之間，即制成金屬微結(jié)構(gòu)存在 于夾芯層的孔壁及表面的超材料板材上的三維立體夾芯超材料天線罩。
全文摘要
本發(fā)明提供一種夾芯超材料的制造方法，包括以下步驟制作具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材；將所述超材料板材切分為多個超材料條板；將所述多個超材料條板制成波紋板，每一波紋板包括交替設(shè)置的第一凸出部和第二凸出部以及位于所述第一凸出部和第二凸出部之間的連接部；將所述多個波紋板黏結(jié)在一起，且每兩相鄰波紋板中一波紋板的第一凸出部與另一波紋板的第二凸出部相結(jié)合、而其第二凸出部與另一波紋板的第一凸出部相對設(shè)置而形成多個小孔，形成超材料夾芯；將所述超材料夾芯黏結(jié)于兩超材料板材之間，即制成金屬微結(jié)構(gòu)存在于夾芯層的孔壁及表面的超材料板材上的三維立體夾芯超材料。本發(fā)明還提供了一種夾芯超材料和夾芯超材料天線罩的制造方法。
文檔編號H01Q1/42GK102810761SQ20121026835
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者劉若鵬, 趙治亞, 周添, 金晶, 朱能波 申請人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司