多层介质透镜的制备方法和多层介质透镜
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; |
| 专利有效性 | 公开 | 当前状态 | 公开 |
| 申请号 | CN202411807066.1 | 申请日 | 2024-12-10 |
| 公开(公告)号 | CN119871891A | 公开(公告)日 | 2025-04-25 |
| 申请人 | 西部科学城智能网联汽车创新中心(重庆)有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 郑宇腾; 周龙建; 王璐; 赵佳; 蔡强明; 王嘉昊; 詹宗伟; 铁木煜曦; | 第一发明人 | 郑宇腾 |
| 权利人 | 西部科学城智能网联汽车创新中心(重庆)有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 西部科学城智能网联汽车创新中心(重庆)有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：重庆市 | 城市 | 当前专利权人所在城市：重庆市九龙坡区 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：重庆市九龙坡区高新区金凤镇新凤大道99号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：400000 |
| 主IPC国际分类 | B29C64/386 | 所有IPC国际分类 | B29C64/386 ; H01Q15/08 ; H01Q19/06 ; B29C64/10 ; B33Y50/00 ; B33Y10/00 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 北京科领智诚知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 臧洋洋; |
| 摘要 | 本 申请 涉及一种多层介质透镜的制备方法和多层介质透镜，应用于透镜技术领域，所述方法包括：获取多层介质透镜的设计参数；根据介质透镜材料的 介电常数 和每层介质层的介电常数，计算每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率；进而计算每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，基于多层介质层的层数、每层介质层的半径、晶格的边长和每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，使用介质透镜材料，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到多层介质层；基于反射层的半径和圆心 角 ，使用金属材料3D打印反射层，将多层介质层和反射层组装得到多层介质透镜。本申请可满足高频龙伯透镜的 精度 要求。 | ||
| 权利要求 | 1.一种多层介质透镜的制备方法，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 多层介质透镜的制备方法和多层介质透镜技术领域[0001] 本申请涉及透镜技术领域，尤其涉及一种多层介质透镜的制备方法和多层介质透镜。 背景技术[0002] 龙伯透镜是一种介电常数由内到外梯度变化的球体，具有在自然界中并不存在的介电常数径向分布特性。为了模拟这种连续渐变的介电常数材料，通常采用洋葱状的分层同心离散球壳结构。 [0003] 相关技术中，龙伯透镜的结构包括内芯、导电层和发泡材料层，通过控制发泡材料层的厚度可以生产出不同尺寸的球形介电材料。然而该方法涉及到制作模具、多道工序和复杂的工艺控制，生产难度较大，并且难以满足高频龙伯透镜的精度要求。发明内容 [0004] 为了解决上述技术问题，本申请提供了一种多层介质透镜的制备方法和多层介质透镜。 [0005] 根据本申请的第一方面，提供了一种多层介质透镜的制备方法，所述方法包括： [0006] 获取多层介质透镜的设计参数，所述设计参数包括：多层介质层的层数、每层介质层的半径、每层介质层的介电常数、反射层的半径和反射层的圆心角，多层介质层的介电常数从内层至外层逐渐减小； [0008] 根据每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率，计算每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，其中，空心长方体左右贯通整个正方体晶格； [0009] 基于多层介质层的层数、每层介质层的半径、正方体晶格的边长和每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，使用所述介质透镜材料，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到多层介质层； [0010] 基于反射层的半径和反射层的圆心角，使用预先选取的金属材料3D打印反射层，并将多层介质层和反射层组装，得到多层介质透镜。 [0011] 可选地，所述多层介质透镜为圆柱形多层介质透镜，每层介质层的半径为每层介质层的圆半径，所述设计参数还包括：圆柱形多层介质透镜的高度； [0012] 所述基于多层介质层的层数、每层介质层的半径、正方体晶格的边长和每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，使用所述介质透镜材料，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到多层介质层，具体包括： [0013] 基于多层介质层的层数、每层介质层的圆半径、正方体晶格的边长、每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长和圆柱形多层介质透镜的高度，使用所述介质透镜材料，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到圆柱形多层介质层； [0014] 所述基于反射层的半径和反射层的圆心角，使用预先选取的金属材料3D打印反射层，并将多层介质层和反射层组装，得到多层介质透镜，具体包括： [0015] 基于反射层的半径、反射层的圆心角和圆柱形多层介质透镜的高度，使用预先选取的金属材料3D打印反射层，并将所述圆柱形多层介质层和反射层组装，得到圆柱形多层介质透镜。 [0016] 可选地，所述多层介质透镜为龙伯透镜，每层介质层的半径为球半径； [0017] 所述基于多层介质层的层数、每层介质层的半径、正方体晶格的边长和每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，使用所述介质透镜材料，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到多层介质层，具体包括： [0018] 基于多层介质层的层数、每层介质层的球半径、正方体晶格的边长和每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到两个半球形的多层介质层，将两个半球形的多层介质层粘贴，得到球形多层介质层； [0019] 所述将多层介质层和反射层组装，得到多层介质透镜，具体包括： [0020] 将所述球形多层介质层和反射层组装，得到龙伯透镜。 [0021] 可选地，所述多层介质透镜包含三层介质层，第一介质层的半径是2.268mm，第一介质层的介电常数为1.96；第二介质层的半径是3.706mm，第二介质层的介电常数是1.7956；第三介质层的半径是5.292mm，第三介质层的介电常数是1.4884。 [0022] 可选地，介质透镜材料的介电常数为2.45，第一介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率为74.4％，第一介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长为0.506mm；第二介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率为64.3％，第二介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长为0.597mm；第三介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率为43％，第三介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长为0.755mm。 [0023] 可选地，所述圆柱形多层介质透镜的反射层的半径为12.184mm，反射层的圆心角为180°。 [0024] 可选地，所述圆柱形多层介质透镜的高度为39mm。 [0025] 可选地，所述龙伯透镜的反射层的半径为6.092mm，反射层的圆心角为120°。 [0026] 可选地，多层介质透镜的工作频率为77GHz，晶格的边长为1mm。 [0027] 根据本申请的第二方面，提供了一种多层介质透镜，所述多层介质透镜基于第一方面所述的方法制备而成。 [0029] 采用晶格来等效多层介质的介电常数由内到外梯度变化。根据预先选取的介质透镜材料的介电常数和预先设计的多层介质透镜中每层介质层的介电常数，计算每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率。进而计算得到晶格的参数(即每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长)。基于晶格的参数进行3D打印，得到等效介电常数的介质层，实现多层介质透镜(例如龙伯透镜)的制备。正方体晶格的边长与多层介质透镜的工作频率对应的波长成正相关，如果工作频率在高频段，对应的波长较短，而晶格结构较小，因此采用特殊晶格的介电常数等效方法，可以解决高频龙伯透镜的介电常数等效的问题。同时，通过3D打印即可实现龙伯透镜的制备，制备方法更简单。附图说明 [0031] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0032] 图1为本申请实施例中多层介质透镜的制备方法的流程图； [0033] 图2为本申请实施例中正方体晶格的结构示意图； [0034] 图3为本申请实施例中圆柱形多层介质透镜的制备方法的流程图； [0035] 图4为本申请实施例中圆柱形多层介质透镜局部剖视的立体结构示意图； [0036] 图5为本申请实施例中龙伯透镜的制备方法的流程图； [0037] 图6A为本申请实施例中龙伯透镜中第一层介质层的结构示意图； [0038] 图6B为本申请实施例中龙伯透镜中第二层介质层的结构示意图； [0039] 图6C为本申请实施例中龙伯透镜中第三层介质层的结构示意图； [0040] 图7为本申请实施例中龙伯透镜局部剖视的立体结构示意图。 具体实施方式[0041] 为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面将对本申请的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0042] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。 [0043] 本申请实施例的多层介质透镜包括：圆柱形多层介质透镜和龙伯透镜。多层介质透镜包括多层介质层和一层反射层，多层介质层的介电常数从内层至外层逐渐减小。圆柱形多层介质透镜的反射层为金属圆柱面结构，龙伯透镜的反射层为金属球面结构。 [0044] 参见图1，图1为本申请实施例中多层介质透镜的制备方法的流程图，可以包括以下步骤： [0045] 步骤S102，获取多层介质透镜的设计参数。 [0046] 在制备多层介质透镜前，设计人员可以根据需求确定多层介质透镜的设计参数。设计参数包括：多层介质层的层数、每层介质层的半径、每层介质层的介电常数、反射层的半径和反射层的圆心角等。可选地，多层介质透镜可以包含三层介质层，第一介质层的半径是2.268mm，第一介质层的介电常数为1.96；第二介质层的半径是3.706mm，第二介质层的介电常数是1.7956；第三介质层的半径是5.292mm，第三介质层的介电常数是1.4884。 [0047] 步骤S104，根据预先选取的介质透镜材料的介电常数和每层介质层的介电常数，计算每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率。 [0048] 预先选取的介质透镜材料是可以3D打印的材料，利用该介质透镜材料进行3D打印最终得到多层介质透镜。介质透镜材料的介电常数通常与每层介质层的介电常数不同，因此，通过等效媒介理论，可以算每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率。具有该填充率的介质透镜材料的晶格，其介电常数与该层介质层的介电常数相等。 [0049] 等效媒介理论可表示为如下公式： [0050] [0051] 其中，εeff表示要等效的介电常数，εi表示介质透镜材料的介电常数，εm表示填充物的介电常数，填充物为空气，即εm表示空气的介电常数，δi表示介质透镜材料的填充率。 [0052] 每一层介质层要等效的介电常数不同，因此，每一层计算得到的晶格中介质透镜材料的填充率也不同。 [0053] 本申请实施例中，晶格的边长与多层介质透镜的工作频率对应的波长成正相关，工作频率越高，对应的波长越短，晶格的边长越小。通过理论分析，晶格的边长小于1/10波长的情况下，制备好的多层介质透镜的雷达反射截面积最大。通过试验发现，晶格的边长为1/4波长的情况下，也可以达到较好的效果。并且，晶格的边长为1/4波长时，边长更长，更容易满足3D打印精度范围。例如，多层介质透镜的工作频率为77GHz，波长为3.9mm，晶格的边长可以为1mm。 [0054] 步骤S106，根据每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率，计算每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长。 [0055] 参见图2，图2为本申请实施例中正方体晶格的结构示意图。晶格由一个大的正方体减掉一个长方体得到，空心长方体左右贯通整个正方体晶格。空心长方体的底面为正方向，空心长方体的高与正方体的高相等。基于该特殊晶格的结构，以及晶格中介质透镜材料的填充率，可以计算得到正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长。 [0056] 假设多层介质透镜包含三层介质层，第一介质层的半径是2.268mm，第一介质层的介电常数为1.96；第二介质层的半径是3.706mm，第二介质层的介电常数是1.7956；第三介质层的半径是5.292mm，第三介质层的介电常数是1.4884。介质透镜材料的介电常数为2.45，第一介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率为74.4％，第一介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长为0.506mm；第二介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率为64.3％，第二介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长为0.597mm；第三介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率为43％，第三介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长为0.755mm。 [0057] 步骤S108，基于多层介质层的层数、每层介质层的半径、正方体晶格的边长和每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，使用介质透镜材料，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到多层介质层。 [0058] 得到所有3D打印参数后，可以利用3D打印技术，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到多层介质层。 [0059] 步骤S110，基于反射层的半径和反射层的圆心角，使用预先选取的金属材料3D打印反射层，并将多层介质层和反射层组装，得到多层介质透镜。 [0060] 本申请实施例的多层介质透镜的制备方法，采用晶格来等效多层介质的介电常数由内到外梯度变化。根据预先选取的介质透镜材料的介电常数和预先设计的多层介质透镜中每层介质层的介电常数，计算每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率。进而计算得到晶格的参数(即每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长)。基于晶格的参数进行3D打印，得到等效介电常数的介质层，实现多层介质透镜(例如龙伯透镜)的制备。正方体晶格的边长与多层介质透镜的工作频率对应的波长成正相关，如果工作频率在高频段，对应的波长较短，而晶格结构较小，因此采用特殊晶格的介电常数等效方法，可以解决高频龙伯透镜的介电常数等效的问题。同时，通过3D打印即可实现龙伯透镜的制备，制备方法更简单。 [0061] 在一些实施例中，多层介质透镜为圆柱形多层介质透镜。参见图3，图3为本申请实施例中圆柱形多层介质透镜的制备方法的流程图，可以包括以下步骤： [0062] 步骤S302，获取多层介质透镜的设计参数。 [0063] 多层介质透镜为圆柱形多层介质透镜的情况下，每层介质层的半径为每层介质层的圆半径。设计参数除了图1实施例所述的参数外，还包括圆柱形多层介质透镜的高度。可选地，圆柱形多层介质透镜的高度为39mm。 [0064] 步骤S304，根据预先选取的介质透镜材料的介电常数和每层介质层的介电常数，计算每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率。 [0065] 步骤S306，根据每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率，计算每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长。 [0066] 步骤S304～步骤S306的处理过程与图1实施例中步骤S104～步骤S106的处理过程相同，具体参见图1实施例中的描述即可，在此不再赘述。 [0067] 步骤S308，基于多层介质层的层数、每层介质层的圆半径、正方体晶格的边长、每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长和圆柱形多层介质透镜的高度，使用介质透镜材料，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到圆柱形多层介质层。 [0068] 在圆柱形多层介质层的一个方向晶格大小完全一样，3D打印的过程中不需要支撑，因此，可以直接打印完整的圆柱形多层介质层。 [0069] 步骤S310，基于反射层的半径、反射层的圆心角、圆柱形多层介质透镜的高度，使用预先选取的金属材料3D打印反射层，并将圆柱形多层介质层和反射层组装，得到圆柱形多层介质透镜。 [0070] 可选地，圆柱形多层介质透镜的反射层的半径为12.184mm，反射层的圆心角为180°。制备完成的圆柱形多层介质透镜局部剖视的立体结构如图4所示。 [0071] 在一些实施例中，多层介质透镜为龙伯透镜。参见图5，图5为本申请实施例中龙伯透镜的制备方法的流程图，可以包括以下步骤： [0072] 步骤S502，获取多层介质透镜的设计参数。 [0073] 多层介质透镜为龙伯透镜的情况下，设计参数中每层介质层的半径为球半径。 [0074] 步骤S504，根据预先选取的介质透镜材料的介电常数和每层介质层的介电常数，计算每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率。 [0075] 步骤S506，根据每层介质层包含的正方体晶格中介质透镜材料的填充率，计算每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长。 [0076] 步骤S504～步骤S506的处理过程与图1实施例中步骤S104～步骤S106的处理过程相同，具体参见图1实施例中的描述即可，在此不再赘述。 [0077] 步骤S508，基于多层介质层的层数、每层介质层的球半径、正方体晶格的边长和每层介质层包含的正方体晶格中空心长方体的正方形底面的边长，从最内介质层至最外介质层逐层3D打印，得到两个半球形的多层介质层，将两个半球形的多层介质层粘贴，得到球形多层介质层。 [0078] 龙伯透镜内部的介电常数大，介质透镜材料的填充率高，打印过程中，内部的介质透镜材料能够起到支撑作用，不用额外打印支撑。每次打印龙伯透镜介质层的一半，即每次打印半球形的多层介质层。打印完成两个半球形的多层介质层后，将两个半球形的多层介质层粘贴，得到球形多层介质层。 [0079] 步骤S510，基于反射层的半径和反射层的圆心角，使用预先选取的金属材料3D打印反射层，并将球形多层介质层和反射层组装，得到龙伯透镜。 [0080] 可选地，龙伯透镜的反射层的半径为6.092mm，反射层的圆心角为120°。龙伯透镜包含三层介质层的情况下，第一层～第三层的介质层的结构可参见图6A～图6C，可以看出，由于龙伯透镜内部的介电常数大，因此介质透镜材料的填充率高。完整的龙伯透镜的局部剖视可参见图7。 [0081] 与龙伯透镜相比，圆柱形多层介质透镜在一定角域有更大的RCS(雷达反射截面积)，并且，可以直接打印，即打印过程更简单。但是，圆柱形多层介质透镜的工作角域更小。 [0082] 本申请实施例还提供了一种多层介质透镜，多层介质透镜基于上述方法实施例制备而成。多层介质透镜的具体结构参见方法实施例中的描述即可，在此不再赘述。 [0083] 需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。 [0084] 以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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