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(yīng)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(fù)合結(jié)構(gòu)。當(dāng)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(diǎn)的介電常數(shù)和/或磁導(dǎo)率，使其產(chǎn)生預(yù)期的電磁響應(yīng)，以控制電磁波的傳播，故而，在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，成為各國科研人員爭相研究的熱點(diǎn)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(jī)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(duì)輕質(zhì)天線罩的實(shí)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)的三維立體超材料和三維立體超材料天線罩。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.制作多塊超材料板材,每一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.在每一超材料板材的表面上涂覆膠黏劑而形成多個(gè)間隔的膠條；c.利用膠條將所述多塊超材料板材黏結(jié)在一起，且任兩相鄰超材料板材之間的膠條位于該兩超材料板材與各自相鄰的超材料板材之間的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置；d.將所述粘合在一起的多塊超材料板材沿垂直于膠條的縱向延長方向切分為多個(gè)超材料夾芯條；e.拉伸每個(gè)超材料夾芯條，從而展開成為多孔超材料夾芯，讓所述金屬微結(jié)構(gòu)形成于所述小孔的孔壁上；f.在多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩超材料板材之間，從而制得金屬微結(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板材表面的金屬箔形成。優(yōu)選地，在所述步驟b中，膠條涂于每一超材料板材的一個(gè)表面。優(yōu)選地，在所述步驟b中，膠條涂于每一超材料板材的兩個(gè)表面，且任一表面的膠條位于另一表面的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置。
優(yōu)選地，在所述步驟b中，涂覆膠黏劑之前在每一超材料板材的表面形成壓痕，膠條分別形成于兩相鄰壓痕之間，且每兩相鄰膠條之間留有兩壓痕。優(yōu)選地，在所述步驟d中，金屬微結(jié)構(gòu)為陣列排布于超材料板材的表面，所述粘合在一起的多塊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，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f中，黏結(jié)于所述兩超材料板材之間的多個(gè)多孔超材料夾芯呈連續(xù)分布。優(yōu)選地，所述步驟a還包括利用電腦仿真軟件設(shè)計(jì)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，每一超材料板材上排布有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)，所述多孔超材料夾芯的孔壁上排布有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)且孔壁大致垂直于所述兩超材料板材。 一種夾芯超材料天線罩的制造方法，包括以下步驟SI.制作多塊超材料板材，每一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.在每一超材料板材的表面上涂覆膠黏劑而形成多個(gè)間隔的膠條；S3.利用膠條將所述多塊超材料板材黏結(jié)在一起，且任兩相鄰超材料板材之間的膠條位于該兩超材料板材與各自相鄰的超材料板材之間的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置；S4.將所述粘合在一起的多塊超材料板材沿垂直于膠條的縱向延長方向切分為多個(gè)超材料夾芯條；S5.拉伸每個(gè)超材料夾芯條，從而展開成為多孔超材料夾芯，讓所述金屬微結(jié)構(gòu)形成于所述小孔的孔壁上；S6.在多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩超材料板材之間，從而制得金屬微結(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(jī)械強(qiáng)度。


下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)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(shí)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中的方法制得的黏結(jié)在一起的多塊超材料板材的剖視圖；圖4是本發(fā)明三維立體夾芯超材料的制造方法中所用的多塊超材料板材上排布的膠條的第一截面示意圖；圖5是本發(fā)明三維立體夾芯超材料的制造方法中所用的多塊超材料板材上排布的膠條的第二截面示意圖；圖6是本發(fā)明三維立體夾芯超材料的制造方法中所用的超材料板材上排布的壓痕及膠條的平面示意圖7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8是圖7中的立體圖；圖9是利用圖I中的方法制得的夾芯超材料的立體示意圖；圖10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(shí)施方式的流程圖。圖中各標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的名稱為10、32超材料板材、12金屬微結(jié)構(gòu)、14超材料單元、16膠條、18壓痕、19中分線、20多孔超材料夾芯、30三維立體夾芯超材料
具體實(shí)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，亦可包括柔軟的薄膜，根據(jù)應(yīng)用需求而不同。為簡明起見，本實(shí)施方式中的“板材”均以平面
不意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(shí)施方式，該較佳實(shí)施方式包括以下步驟步驟a :制作多塊超材料板材，每一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 :在每一超材料板材的表面上涂覆膠黏劑而形成多個(gè)間隔的膠條。步驟c :利用膠條將所述多塊超材料板材黏結(jié)在一起，且任兩相鄰超材料板材之間的膠條位于該兩超材料板材與各自相鄰的超材料板材之間的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置。步驟d :將所述粘合在一起的多塊超材料板材沿垂直于膠條的縱向延長方向切分為多個(gè)超材料夾芯條。步驟e :拉伸每個(gè)超材料夾芯條，從而展開成為多孔超材料夾芯，讓所述金屬微結(jié)構(gòu)形成于所述小孔的孔壁上。步驟f :在多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩超材料板材之間，從而制得金屬微結(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工藝步驟簡單、制造成本低，且制得的三維立體超材料由于具有夾芯結(jié)構(gòu)，重量較輕，結(jié)構(gòu)致密，具有良好的透波性能和機(jī)械強(qiáng)度。以下對(duì)所述較佳實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明如圖2所示，為由所述步驟a制得的一個(gè)超材料板材10。所述超材料板材10由表面附有金屬箔的介質(zhì)基板經(jīng)由蝕刻其表面的金屬箔而制成，從而在介質(zhì)基板的表面上形成多個(gè)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)12的一個(gè)示例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。一般，所述介質(zhì)基板由低介電常數(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(shí)際中所述介質(zhì)基板可為軟質(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(duì)表面。故蝕刻時(shí)，當(dāng)介質(zhì)基板的一表面覆有金屬箔時(shí)，金屬微結(jié)構(gòu)12只形成于介質(zhì)基板的該表面；當(dāng)介質(zhì)基板的兩表面覆有金屬箔時(shí)，金屬微結(jié)構(gòu)12形成于介質(zhì)基板的兩表面。通常，將每個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)12及其所在的介質(zhì)基板部分稱為一個(gè)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(gè)超材料單元14的幾何尺寸與所需響應(yīng)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(shí)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)，利用電腦仿真軟件通過優(yōu)化算法來設(shè)計(jì)出金屬微結(jié)構(gòu)12的幾何形狀、尺寸及排布。實(shí)際中，我們只設(shè)計(jì)一個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)12的幾何形狀和尺寸，進(jìn)而以其為樣本進(jìn)行陣列復(fù)制形成多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)12，這樣可節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間和提高效率。若不為此目的，多個(gè)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(jì)。如圖3所示，為由所述步驟b和步驟c制得的粘合在一起的多塊超材料板材10。其有兩種具體方法為一、在每一超材料板材10的一個(gè)表面涂覆膠黏劑而所述多個(gè)間隔的膠條16。讓所述多塊超材料板材10的涂有膠條16的表面同向放置，且任一超材料板材10的膠條16位于與其相鄰的兩超材料板材10的對(duì)應(yīng)兩膠條16之間的位置，如圖4所示，即可將所述多塊超材料板材10壓合在一起，當(dāng)膠黏劑固化時(shí)便形成所述黏結(jié)在一起的多塊 超材料板材10。二、在每一超材料板材10的兩個(gè)表面均涂覆膠黏劑而所述多個(gè)間隔的膠條16,且任一表面的膠條16位于另一表面的對(duì)應(yīng)兩膠條16之間的位置,如圖5所不,將它們放在一起時(shí)也可形成所述黏結(jié)在一起的多塊超材料板材10。如圖6所示，涂覆膠黏劑之前，可預(yù)先在每一超材料板材10的表面形成壓痕18，膠條16形成于兩相鄰壓痕18之間，且每兩相鄰膠條16之間留有兩壓痕18。在所述步驟d中，利用切割機(jī)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(如圖2所示)切分所述粘合在一起的多塊超材料板材10，而兩相鄰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7和圖8所示，為由所述步驟e制得的多孔超材料夾芯20的一個(gè)示例。由于所述多個(gè)超材料夾芯條上均形成有壓痕18，拉伸時(shí)每一超材料夾芯條的表面沿這些壓痕18展開成為具有金屬微結(jié)構(gòu)12的孔壁，從而形成所述多孔超材料夾芯20，不僅可減少拉伸力，而且可避免拉伸力過大將所述超材料夾芯條撕破，并可形成規(guī)則的孔分布。所述多孔超材料夾芯20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(shí)際需要在所述步驟d中切分所述粘合在一起的多塊超材料板材10時(shí)確定。所述多孔超材料夾芯20中的孔可呈六邊形、四邊形及其他形狀。如圖9所示，為由所述步驟f制得的三維立體夾芯超材料30，包括兩超材料板材32和黏結(jié)于所述兩超材料板材32之間的呈連續(xù)分布的多個(gè)多孔超材料夾芯20，所述多孔超材料夾芯20的小孔可呈任意形狀；所述多孔超材料夾芯20的孔壁上排布有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)12且其孔壁大致垂直于所述兩超材料板材32。每一超材料板材32上亦排布有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)，既可以與所述超材料板材10相同，也可以與所述超材料板材10不同。此外，所述兩超材料板材32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30。請(qǐng)參考圖10，為本發(fā)明三維立體夾芯超材料天線罩的制造方法和利用該方法制成的夾芯超材料天線罩40，該方法包括以下步驟步驟SI :制作多塊超材料板材，每一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 :在每一超材料板材的表面上涂覆膠黏劑而形成多個(gè)間隔的膠條。步驟S3 :利用膠條將所述多塊超材料板材黏結(jié)在一起，且任兩相鄰超材料板材之間的膠條位于該兩超材料板材與各自相鄰的超材料板材之間的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置。步驟S4 :將所述粘合在一起的多塊超材料板材沿垂直于膠條的縱向延長方向切分為多個(gè)超材料夾芯條。步驟S5 :拉伸每個(gè)超材料夾芯條，從而展開成為多孔超材料夾芯，讓所述金屬微結(jié)構(gòu)形成于所述小孔的孔壁上。
步驟S6 :在多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩超材料板材之間，從而制得金屬微結(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(jì)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步驟簡單、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)，使重量減少，還具有良好的透波性能和機(jī)械強(qiáng)度，更堅(jiān)固耐用。以上所述僅是本發(fā)明的若干具體實(shí)施方式
和/或?qū)嵤├粦?yīng)當(dāng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。對(duì)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(jìn)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(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)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.制作多塊超材料板材，每一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.在每一超材料板材的表面上涂覆膠黏劑而形成多個(gè)間隔的膠條； c.利用膠條將所述多塊超材料板材黏結(jié)在一起，且任兩相鄰超材料板材之間的膠條位于該兩超材料板材與各自相鄰的超材料板材之間的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置； d.將所述粘合在一起的多塊超材料板材沿垂直于膠條的縱向延長方向切分為多個(gè)超材料夾芯條； e.拉伸每個(gè)超材料夾芯條，從而展開成為多孔超材料夾芯，讓所述金屬微結(jié)構(gòu)形成于所述小孔的孔壁上； f.在多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩超材料板材之間，從而制得金屬微結(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板材表面的金屬箔形成。
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，膠條涂于每一超材料板材的一個(gè)表面。
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，膠條涂于每一超材料板材的兩個(gè)表面，且任一表面的膠條位于另一表面的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置。
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b中，涂覆膠黏劑之前在每一超材料板材的表面形成壓痕，膠條分別形成于兩相鄰壓痕之間，且每兩相鄰膠條之間留有兩壓痕。
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，金屬微結(jié)構(gòu)為陣列排布于超材料板材的表面，所述粘合在一起的多塊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，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。
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f中，黏結(jié)于所述兩超材料板材之間的多個(gè)多孔超材料夾芯呈連續(xù)分布。
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(jì)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，每一超材料板材上排布有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)，所述多孔超材料夾芯的孔壁上排布有多個(gè)金屬微結(jié)構(gòu)且孔壁大致垂直于所述兩超材料板材。
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.制作多塊超材料板材，每一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.在每一超材料板材的表面上涂覆膠黏劑而形成多個(gè)間隔的膠條；. 53.利用膠條將所述多塊超材料板材黏結(jié)在一起，且任兩相鄰超材料板材之間的膠條位于該兩超材料板材與各自相鄰的超材料板材之間的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置； .54.將所述粘合在一起的多塊超材料板材沿垂直于膠條的縱向延長方向切分為多個(gè)超材料夾芯條；. 55.拉伸每個(gè)超材料夾芯條，從而展開成為多孔超材料夾芯，讓所述金屬微結(jié)構(gòu)形成于所述小孔的孔壁上；. 56.在多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩超材料板材之間，從而制得金屬微結(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，其包括制作多塊具有金屬微結(jié)構(gòu)的超材料板材；在每一超材料板材的表面上涂覆膠黏劑而形成多個(gè)間隔的膠條；利用膠條將所述多塊超材料板材黏結(jié)在一起，且任兩相鄰超材料板材之間的膠條位于該兩超材料板材與各自相鄰的超材料板材之間的對(duì)應(yīng)兩膠條之間的位置；將所述粘合在一起的多塊超材料板材沿垂直于膠條的縱向延長方向切分為多個(gè)超材料夾芯條；拉伸每個(gè)超材料夾芯條而形成多孔超材料夾芯；在多孔超材料夾芯的兩表面涂覆膠黏劑并黏結(jié)于兩超材料板材之間，即形成三維立體夾芯超材料，不僅工藝簡單，且制得的夾芯超材料的透波性能和機(jī)械性能較好。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(hào)H01Q15/00GK102810762SQ201210268360
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)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(qǐng)人:深圳光啟創(chuàng)新技術(shù)有限公司