[发明专利]一种天线罩材料

说明书

本发明提供的一种天线罩材料，采用超高分子量聚乙烯纤维复合材料制备天线罩，在同等厚度的前提下，其力学性能优于目前常用的玻璃纤维和芳纶纤维的力学性能。超高分子量聚乙烯纤维具有较高的主链取向度和结晶度，超高分子量聚乙烯纤维的强度是目前使用的纤维中最高的，且超高分子量聚乙烯纤维具有模量高、抗紫外线能力强、耐化学物品腐蚀能力强、耐低温、使用寿命长、抗冲击、抗切割、高韧性等众多优点。采用本发明提供的天线罩材料，在同样力学要求下相较于现有的天线罩材料厚度更低，在降低了原料使用量的前提下，降低了材料成本；本发明提供的一种天线罩材料的制备方法，成型工艺设备简单、技术成熟、生产速度快，降低了制造成本。

技术领域

本发明属于电磁波透波材料技术领域，具体涉及一种天线罩材料。

背景技术

天线罩的种类繁多，从各类武器平台上使用的雷达和通信天线的天线罩到手机的基站，手机基站的数量众多，世界上已经超过数百万台在使用，随着5G时代的到来，基站的数量进入千万台的量级，基站发射的频率更宽和更高，由于天线罩藏内有多个天线，天线罩也更大。现有的5G天线的最高频率约6GHz，未来从微波进入毫米波的超过20GHz频段。电磁波穿过天线罩时必有损耗，频率越高，损耗越大，天线罩的介电常数越高，损耗正切越高，电磁波的损耗也越大，使用同样材料，厚度越厚损耗越大。所以宽频天线罩采用单层超薄设计(A～型复合材料)或多层低介电常数的夹心设计(C～型复合材料)。从成本考虑，4G天线罩多采用注塑或挤出成形，以注塑成型以聚碳酸酯(PC)类为主，介电常数在3前后，损耗正切0.01的量级，挤出成型为玻璃钢类介电常数3.5前后。

以2mm厚的聚碳酸酯天线罩为例，通过电磁仿真可以计算其插损(HFSS，CST等软件)，在4G最高使用频率3GHz的最低插损约0.08dB(正入射)；但是当频率升高到5G的最高使用频率6GHz时，插损已到0.28dB(4％)，在难以接受的范围，如果在20GHz以上使用，插损超过1dB，超过10％的能量在天线罩上损耗掉了。所以高频天线罩的介电常数应该更低，损耗更低，厚度更薄。以6GHz为应用场景，在同样的厚度下为实现插损0.1dB的目标，其理想的介电常数为2.2，损耗正切在0.002。由于介电常数2.2的材料非常有限，考虑使用介电常数2.5的材料，为满足同样的插损，必须降低厚度一半左右，至1mm。如果把使用频率设在20GHz以上，天线罩的厚度应该在0.5mm以内。

华为2014年公开资助的5G天线罩项目(HIRPO)以高模量和强度的复合材料作为技术导向，深圳2019年重点关键技术开发项目为高分子材料，两者的技术要求列于表1。由于复合材料的强度和模量是高分子材料的一倍以上，在实际应用中天线罩的厚度可以降低一半，所以为了实现6GHz的高频和毫米波应用，复合材料是合理的选择。

表1：5G天线罩用材料要求。

表2为常见低损耗高分子材料，其介电常数低于无机材料的石英和玻璃，作为高频电路板以聚四氟乙烯为粘合剂的玻纤和石英纤维增强复合材料为主流，其介电常数低于2.5，由于工艺性差，成本高，不适合作为天线罩材料。在表2中可以形成介电常数低于2.5的复合材料就只有聚乙烯和聚丙烯与纤维的组合，特别是聚乙烯和超高分子量聚乙烯纤维的组合，其介电常数为2.3，经过一些无机材料的添加改性，介电常数也可以维持在2.5以内。

表2：低损耗高分子材料

事实上DSM公司已经采用UHMWPE纤维作为天线罩材料，其Dyneema ST17的介电常数远远低于石英，损耗正切与石英相仿，作为5G天线罩应用的最大障碍是成本，与4G天线罩的PC和玻璃钢原料相比成本高5、6倍，与PC的注塑成形，复合材料的加工成本也较高，特别是采用预浸料的工艺成本更高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种天线罩材料，该天线罩重量轻、强度高、刚度高、各种入射角度的透波性能都好，可在20GHz以上频率工作，采用的加工方法可以实现复杂形状成形、精确度高、效率高、成本低。