一种应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法技术

本发明专利技术涉及一种应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法，属于多孔发泡材料性能预测技术领域。通过对泡沫材料泡孔模型的抽象表示和电磁波穿过现象的数学模型来得到材料发泡后的透波率和介电常数，从而快速分析材料是否适用于天线罩的透波材料，提高了生产中选材的效率，从从而解决上述背景技术中提到的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法


[0001]本专利技术设计天线罩
，特别涉及一种预测5G通信电磁波穿越泡沫的透波性能预 测模型。

技术介绍

[0002]第五代移动通信技术(5th generation mobile networks)是最新一代蜂窝移动通信技术。 5G的特点是大规模集成化、高频化、高频谱效率。在5G基站建设过程中由于其高频的特性 (可以达到毫米波)，并且天线阵列也更加密集，天线长度与波长成正比，所以设备内会组建 一个天线距离在半波长以上的天线阵列。这样也会带来天线之间更多的干扰。在此基础上所 有的小尺寸天线都需要安装天线罩来对抗室外环境的变化，所以天线罩不仅要求很好的耐光 性、耐老化性、力学性能，还需要低介电常数。新型的介电常数更低的、透波性能更好的材 料将会产生巨大的需求。
[0003]超临界二氧化碳发泡工艺制备的微纳孔发泡材料，因其质轻、低介电、高透波、耐化学 腐蚀、绿色加工等优势，在新材料行业中受到了广泛的关注。特别是对于天线罩，发泡材料 以起极高的空气含量，获得了与空气相似的特性，可以称之为“凝固的空气”，从而将天线罩 对于电磁波的传输影响降到了极低的区间，是一种非常理想的天线罩材料。
[0004]在现有的材料介电性能测试方法中，以矢量网络分析仪为基础的高频测试和宽频介电谱 为基础的低频测试比较常见。实际操作中，常见的测试方法是先选定几种发泡基材然后发泡， 再将发泡样品加工成为测试需要的形状，再进行测试。这个过程不仅需要加工和表征设备齐 全，同时也需要耗费各种成本和时间。所以，材料的开发测试中需要仿真软件对于发泡材料 的透波性能进行预测，从而指导选材和工艺选择。但是，现有的仿真软件还无法从各个细节 来完美模拟发泡材料的透波行为和参数。

技术实现思路

[0005]本专利技术地目的在于提供一种应用于5G通讯天线罩透波性能的预测方法，通过对泡沫材 料泡孔模型的抽象表示和电磁波穿过现象的数学模型来得到材料发泡后的透波率和介电常数， 从而快速分析材料是否适用于天线罩的透波材料，提高了生产中选材的效率，从从而解决上 述
技术介绍
中提到的问题。
[0006]技术方案是：
[0007]一种应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，设定多孔发泡材料的结构参数；
[0009]步骤2，获得电磁波在泡孔壁入射角度θ的分布概率的表达式；
[0010]步骤3，计算出在泡孔中电磁波传输的传输参数；
[0011]步骤4，根据步骤3中得到的传输参数计算出整个多孔发泡材料的透波性能；
[0012]所述的步骤2中，电磁波是GHz频段的电磁波，涵盖P、L、S、C、X、Ku、K、Ka、U、 V、W。
[0013]所述的步骤3中，在泡孔中电磁波传输的传输参数包括：p波和s波的固相到气相和
气相 到固相的反射系数，以及固相到气相和气相到固相的透射系数；其中p波是指平行于入射面 的电磁矢量波，s波是垂直于入射面的电磁矢量波。
[0014]对于s波，固相到气相的反射系数ρ
sg
和气相到固相的反射系数ρ
gs
计算如下：
[0015][0016]对于p波，固相到气相的反射系数和气相到固相的反射系数计算如下：
[0017][0018]n
g
是气体折射率，n是固相折射率；
[0019][0020]ε'是介电常数实部和ε"是介电损耗；
[0021]对于S波，固相到气相的透射系数：
[0022][0023]气相到固相的透射系数：
[0024][0025]对于P波，固相到气相的透射系数：
[0026][0027]气相到固相的透射系数：
[0028][0029]其中，n是折射率实部，k是折射率虚部，n
g
是气体折射率，θ1是入射角，θ2是折射角。
[0030]所述的步骤2中，表达式是三阶多项式方程；且表达式中的参数通过拟合得到。
[0031]所述的三阶多项式方程的表达式是：P(θ)＝p1·
θ3+p2·
θ2+p3·
θ+p4，其中p1‑
p4为拟合多项式 的系数。
[0032]所述的步骤4中，整个泡沫的电磁波透射率为：
[0033]T＝T
1α
；α为电磁波穿过泡孔壁的数量；
[0034][0035]其中，T
f
＝(T
f1s
+T
f2p
)/2；
[0036]T
f1s
和T
f2p
分别是由s波和p波的固相到气相、气相到固相的透射系数代入下式计算
得到：
[0037][0038]所述的步骤4中，还包括对整个泡沫的反射率的计算，过程如下：
[0039][0040][0041]R
f
通过下式计算得到：
[0042][0043]所述的步骤4中，还包括对整个泡沫材料等效复介电常数的计算步骤，计算公式是：
[0044][0045]其中，
[0046]c是光速、μ
r
是复磁导率、ω是角频率。
[0047]有益效果
[0048]相较于传统的模拟方式、如FTDT、本模型有以下优点：
[0049](1)可以直接得出透射率、反射率、吸收率随频率和泡孔结构(尺寸)、发泡倍率发生的变 化；(2)预测设备无法测试频率范围内材料的透波性能变化趋势；(3)计算速度快，降低材 料表征的成本；(4)模型本身对材料本体的介电常数较为敏感，准确度更高；(5)模型主要 适用于闭孔泡沫，适用于目前主要的发泡材料。
附图说明
[0050]图1是电磁波穿越泡孔的示意图；
[0051]图2是电磁波入射各角度分布直方图；
[0052]图3是一块泡沫材料中各截面的形状示意图；
[0053]图4是为聚丙烯在100GHz下的不同厚度下电磁波入射情况模拟；
[0054]图5是对于不同的发泡倍率和泡孔直径的影响因素；
[0055]图6是自由空间法测试和模拟结果对比；
具体实施方式
[0056]以下具体说明本专利技术的方法的建模过程：
[0057]第一步：电磁波入射泡沫材料时，对每个泡孔的入射角度分布规律。首先，根据Voroni 方法模拟出泡孔的分布。
[0058]如图1所示，粗线条展示了电磁波在直线上穿越各个泡孔时所需要穿过的泡孔壁，利用 Matlab统计电磁波穿越10
×
10mm截面下随机生成一万个泡孔，选择九条路径统计，循环一 万次，统计每一次路径上角度的分布。进行多次计算后发现，所得到的泡孔壁分布存在一定 量的关系，如图2所示：
[0059]本方法设电磁波对于泡孔壁入射角度θ的分布概率符合三阶多项式方程。
[0060]对上述结果进行拟合得到：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，设定多孔发泡材料的结构参数；步骤2，获得电磁波在泡孔壁入射角度θ的分布概率的表达式；步骤3，计算出在泡孔中电磁波传输的传输参数；步骤4，根据步骤3中得到的传输参数计算出整个多孔发泡材料的透波性能。2.根据权利要求1所述的应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法，其特征在于，所述的步骤2中，电磁波是GHz频段的电磁波，涵盖P、L、S、C、X、Ku、K、Ka、U、V、W。3.根据权利要求1所述的应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法，其特征在于，所述的步骤3中，在泡孔中电磁波传输的传输参数包括：p波和s波的固相到气相和气相到固相的反射系数，以及固相到气相和气相到固相的透射系数；其中p波是指平行于入射面的电磁矢量波，s波是垂直于入射面的电磁矢量波。4.根据权利要求1所述的应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法，其特征在于，对于s波，固相到气相的反射系数ρ
sg
和气相到固相的反射系数ρ
gs
计算如下：对于p波，固相到气相的反射系数和气相到固相的反射系数计算如下：n
g
是气体折射率，n是固相折射率，θ1是入射角，θ2是折射角；ε'是介电常数实部和ε"是介电损耗其中，n是折射率实部，k是折射率虚部，n
g
是气体折射率。5.根据权利要求4所述的应用于5G通信泡沫天线罩透波性能的预测方法，其特征在于，对于S波，固相到气...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚鹏剑，李光宪，张博文，
申请(专利权)人：长链轻材南京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：