一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線的制作方法
1.本發(fā)明涉及相控陣雷達天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線。
背景技術(shù)：
2.隨著作戰(zhàn)環(huán)境越來越復(fù)雜，對我軍武器平臺的生存能力和作戰(zhàn)效能提出了嚴峻挑戰(zhàn)，這對新一代武器平臺提出了高隱身、全方位探測和感知、高機動性等需求。
3.目前大部分飛機表面被天線占據(jù)，且這些天線大多凸出機體表面，明顯增加了飛機的氣動阻力，嚴重降低了飛機的機動性。每部天線都是一個強散射體，將嚴重地影響戰(zhàn)斗機的隱身性能。此外，大多天線安裝需要支撐結(jié)構(gòu)，這不僅增加了飛機重量，同時也占據(jù)了機體內(nèi)有限的空間，進而增加了修理與維護成本。因此，研究基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，發(fā)展可承載的超薄超寬帶共形天線技術(shù)，實現(xiàn)多部不同頻段天線的功能復(fù)用和面積共享，大幅減少天線數(shù)量，減少承載結(jié)構(gòu)和機體表面凸起，從而可以大幅提升戰(zhàn)機的機動性和隱身性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
4.有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，解決現(xiàn)有技術(shù)中傳感器與平臺一體化承載融合較差的技術(shù)問題。
5.本說明書實施例提供以下技術(shù)方案：一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，所述可承載天線的天線單元結(jié)構(gòu)包括：面板；夾層，位于面板和天線輻射層之間；天線輻射層，包括介質(zhì)基板和半固化片，多個半固化片分別位于多層介質(zhì)基板的中間和頂部，半固化片的表面具有金屬貼片，多個金屬貼片通過半固化片和介質(zhì)基板壓合而成，半固化片之間具有環(huán)形貼片，環(huán)形貼片圍繞金屬貼片形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；天線饋電層，包括金屬地板，金屬地板刻蝕于介質(zhì)基板的下表面，通過導(dǎo)電膠和天線底座粘接相連；金屬柵格框架，同軸連接器嵌入在天線基座和金屬柵格框架中，天線輻射層和天線基座位于金屬柵格框架內(nèi)部，通過固定螺釘與金屬柵格框架固定連接。
6.進一步的，金屬貼片包括：第一金屬貼片位于第一半固化片上表面，位于同層的兩個第一金屬貼片中，一個通過金屬化過孔和同軸連接器的針芯相連，另一個通過金屬化過孔和金屬地板相連；第二金屬貼片位于第二半固化片下表面，第二金屬貼片和第一金屬貼片的重疊部分通過銅漿塊燒結(jié)而成；第三金屬貼片位于第三半固化片上表面，通過金屬化過孔與第二金屬貼片相連；第四金屬貼片位于第四半固化片下表面，第四金屬貼片和第三金屬貼片的重疊部分通過銅漿塊燒結(jié)而成；第五金屬貼片位于第五半固化片上表面，通過金屬化過孔與第四金屬貼片相連；第六金屬貼片位于第六半固化片下表面，第六金屬貼片和第五金屬貼片的重疊部分通過銅漿塊燒結(jié)而成。
7.進一步的，第七半固化片的上表面還具有寄生金屬貼片，通過半固化片壓合而成。
8.進一步的，金屬貼片中，位于同一半固化片之上的兩個金屬貼片在水平面上具有
一定的間距且關(guān)于所述天線單元結(jié)構(gòu)中心對稱分布。
9.進一步的，金屬貼片、寄生金屬貼片沿所述天線單元結(jié)構(gòu)的中心依次排開，逐漸向所述天線單元結(jié)構(gòu)的邊緣靠近。
10.進一步的，兩個環(huán)形貼片分別位于第四半固化片和第三半固化片之間以及第二半固化片和第一半固化片之間，圍繞相應(yīng)半固化片之上的金屬貼片形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。
11.進一步的，金屬柵格框架由長方形金屬、金屬圍框堆疊而成，所述金屬圍框為半個“i”字型金屬柱，“i”字型的長邊沿著天線磁場面的兩個棱邊排布。
12.進一步的，金屬貼片、金屬化過孔和銅漿塊，形成漸變槽天線結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板、半固化片和夾層形成了所述天線單元結(jié)構(gòu)的寬角匹配層。
13.與現(xiàn)有技術(shù)相比，本說明書實施例采用的上述至少一個技術(shù)方案能夠達到的有益效果至少包括：本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，包括面板；夾層；天線輻射層，天線輻射層包括介質(zhì)基板和半固化片，半固化片的表面具有金屬貼片，半固化片之間具有環(huán)形貼片，環(huán)形貼片圍繞金屬貼片形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；天線饋電層，包括金屬地板，金屬地板刻蝕于介質(zhì)基板的下表面，通過導(dǎo)電膠和天線底座粘接相連；金屬柵格框架，同軸連接器嵌入在天線基座和金屬柵格框架中，天線輻射層和天線基座位于金屬柵格框架內(nèi)部，通過固定螺釘與金屬柵格框架固定連接。實現(xiàn)了天線寬帶寬角掃描的性能，同時具有低剖面的特性，具有易與載體表面共形、易與有源器件集成等優(yōu)點，且天線具有一定的承載能力，提高了實際工程應(yīng)用的價值。
附圖說明
14.為了更清楚地說明本技術(shù)實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
15.圖1是本發(fā)明實施例的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線示意圖；
16.圖2是本發(fā)明實施例的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線側(cè)視圖；
17.圖3是本發(fā)明實施例的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線的天線單元結(jié)構(gòu)示意圖；
18.圖4是本發(fā)明實施例的金屬柵格框架示意圖；
19.圖5是本發(fā)明實施例的天線單元結(jié)構(gòu)組成有源相控陣的陣中單元的有源駐波曲線。
20.圖中附圖標記：1、面板；2、夾層；3、介質(zhì)基板；4、半固化片；4a、第七半固化片；4b、第六半固化片；4c、第五半固化片；4d、第四半固化片；4e、第三半固化片；4f、第二半固化片；4g、第一半固化片；5、導(dǎo)電膠；6、天線底座；7、同軸連接器；8、固定螺釘；9、金屬柵格框架；10、金屬地板；11、銅漿塊；12、金屬化過孔；13、金屬貼片；13f、第一金屬貼片；13e、第二金屬貼片；13d、第三金屬貼片；13c、第四金屬貼片；13b、第五金屬貼片；13a、第六金屬貼片；14、寄生金屬貼片；15、環(huán)形貼片；16、天線輻射層；17、天線饋電層；18、天線單元結(jié)構(gòu)。
具體實施方式
21.下面結(jié)合附圖對本技術(shù)實施例進行詳細描述。
22.以下通過特定的具體實例說明本技術(shù)的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本技術(shù)的其他優(yōu)點與功效。顯然，所描述的實施例僅僅是本技術(shù)一部分實施例，而不是全部的實施例。本技術(shù)還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本技術(shù)的精神下進行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實施例及實施例中的特征可以相互組合。基于本技術(shù)中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本技術(shù)保護的范圍。
23.如圖1和圖2所示，本發(fā)明實施例提供了一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，是一種二維曲面共形的天線陣列，包括面板1、夾層2、天線輻射層16、天線饋電層17，天線陣面部分由天線單元結(jié)構(gòu)18周期排布而成，如圖3和圖4所示，所述可承載天線的天線單元結(jié)構(gòu)18包括：面板1；夾層2，位于面板1和天線輻射層16之間；天線輻射層16，包括介質(zhì)基板3和半固化片4，多個半固化片4分別位于多層介質(zhì)基板3的中間和頂部，半固化片4的表面具有金屬貼片13，多個金屬貼片13通過半固化片4和介質(zhì)基板3壓合而成，半固化片4之間具有環(huán)形貼片15，環(huán)形貼片15圍繞金屬貼片13形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；天線饋電層17，包括金屬地板10，金屬地板10刻蝕于介質(zhì)基板3d的下表面，通過導(dǎo)電膠5和天線底座6粘接相連；金屬柵格框架9，同軸連接器7嵌入在天線基座6和金屬柵格框架9中，天線輻射層16和天線基座6位于金屬柵格框架9內(nèi)部，通過固定螺釘8與金屬柵格框架9固定連接。
24.具體而言，面板1采用高強度、高模量、寬頻透波的纖維復(fù)合材料鋪貼而成；夾層2位于面板1和天線輻射層16之間，采用泡沫材料。面板1具有高透波高承載特性，具體厚度根據(jù)載荷大小設(shè)計；夾層2用于提供剛度支持，具有透波特性，此外還起到調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)電參數(shù)的作用。
25.進一步的，金屬貼片13包括：第一金屬貼片13f位于第一半固化片4g上表面，位于同層的兩個第一金屬貼片13f中，一個通過金屬化過孔12和同軸連接器7的針芯相連，另一個通過金屬化過孔12和金屬地板10相連；第二金屬貼片13e位于第二半固化片4f下表面，第二金屬貼片13e和第一金屬貼片13f的重疊部分通過銅漿塊11燒結(jié)而成；第三金屬貼片13d位于第三半固化片4e上表面，通過金屬化過孔12與第二金屬貼片13e相連；第四金屬貼片13c位于第四半固化片4d下表面，第四金屬貼片13c和第三金屬貼片13d的重疊部分通過銅漿塊11燒結(jié)而成；第五金屬貼片13b位于第五半固化片4c上表面，通過金屬化過孔12與第四金屬貼片13c相連；第六金屬貼片13a位于第六半固化片4b下表面，第六金屬貼片13a和第五金屬貼片13b的重疊部分通過銅漿塊11燒結(jié)而成。
26.進一步的，第七半固化片4a的上表面還具有寄生金屬貼片14，通過第七半固化片4a壓合而成。
27.可選擇的，金屬貼片13的各金屬貼片的形狀可以為正方形、長方形等。
28.優(yōu)選的，金屬貼片13中，位于同一半固化片4之上的兩個金屬貼片13在水平面上具有一定的間距且關(guān)于所述天線單元結(jié)構(gòu)中心對稱分布。
29.優(yōu)選的，金屬貼片13、寄生金屬貼片14沿所述天線單元結(jié)構(gòu)的中心依次排開，逐漸向所述天線單元結(jié)構(gòu)的邊緣靠近。
30.進一步的，兩個環(huán)形貼片15分別位于第四半固化片4d和第三半固化片4e之間以及第二半固化片4f和第一半固化片4g之間，圍繞相應(yīng)半固化片4之上的金屬貼片13形成環(huán)形
結(jié)構(gòu)。
31.可選擇的，環(huán)形貼片15的形狀包括橢圓環(huán)形、矩形環(huán)、菱形環(huán)以及其他變形形狀。
32.進一步的，金屬柵格框架9由長方形金屬、金屬圍框堆疊而成，所述金屬圍框為半個“i”字型金屬柱，“i”字型的長邊沿著天線h面的兩個棱邊排布。
33.進一步的，金屬貼片13、金屬化過孔12和銅漿塊11，形成漸變槽天線結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板3a、第七半固化片4a和夾層2形成了所述天線單元結(jié)構(gòu)的寬角匹配層。
34.實施例一
35.如圖1和圖2所示，是由天線單元結(jié)構(gòu)18組成的相控陣天線，整個輻射層及饋電層剖面高度僅為0.39λh(0.39倍最高頻率對應(yīng)的波長)左右，具有低剖面的特性。陣中單元的有源駐波如圖5所示。可以看出，該天線可以在0.2f0～1.8f0(0.2倍中心頻率～0.8倍中心頻率)的工作頻帶(vswr＜2.5，有源駐波低于2.5)內(nèi)實現(xiàn)e面(電場面)和h面(磁場面)的
±
60
°
掃描，表明本發(fā)明中的天線具有超寬帶的輻射特性。
36.仿真分析該天線的展向、弦向、剪切應(yīng)力云圖，可知在天線結(jié)構(gòu)承載區(qū)域，其應(yīng)力水平不小于70mpa。在滿足70mpa承載能力的前提下，分析計算得到該天線總體穩(wěn)定性最小安全裕度m.s.＝1.44-1＝0.44，表明該結(jié)構(gòu)在上述載荷下不會發(fā)生總體屈曲。因此本發(fā)明中實現(xiàn)的天線具備高承載的能力。
37.綜上所述，本技術(shù)實施例中所提供的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，與現(xiàn)有技術(shù)相比所能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)效果至少包括：
38.1.本發(fā)明有效地擴展了微帶天線的帶寬，將掃描盲點移出工作帶寬，使微帶相控陣天線在40％工作帶寬的基礎(chǔ)上，掃描角域得到顯著提升，e面(電場面)掃描角可達到
±
60
°
，h面(磁場面)掃描角達到
±
45
°
，同時保留了微帶天線剖面低、體積小、重量輕、易與載體表面共形、易與有源器件集成等優(yōu)點。
39.2.本發(fā)明所采用的結(jié)構(gòu)，設(shè)計及加工難度系數(shù)低，易于實現(xiàn)，具有較強的工程實踐意義。
40.3.本發(fā)明可用于實現(xiàn)微帶天線寬帶寬角掃描，可用于各種艦載、機載、路基平臺上的各種雷達和電子戰(zhàn)、通信設(shè)備上。
41.以上所述，僅為本技術(shù)的具體實施方式，但本技術(shù)的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本技術(shù)揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本技術(shù)的保護范圍之內(nèi)。因此，本技術(shù)的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準。
技術(shù)特征：
1.一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，所述可承載天線的天線單元結(jié)構(gòu)(18)包括：面板(1)；夾層(2)，位于面板(1)和天線輻射層(16)之間；天線輻射層(16)，包括介質(zhì)基板(3)和半固化片(4)，多個半固化片(4)分別位于多層介質(zhì)基板(3)的中間和頂部，半固化片(4)的表面具有金屬貼片(13)，多個金屬貼片(13)通過半固化片(4)和介質(zhì)基板(3)壓合而成，半固化片(4)之間具有環(huán)形貼片(15)，環(huán)形貼片(15)圍繞金屬貼片(13)形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；天線饋電層(17)，包括金屬地板(10)，金屬地板(10)刻蝕于介質(zhì)基板(3d)的下表面，通過導(dǎo)電膠(5)和天線底座(6)粘接相連；金屬柵格框架(9)，同軸連接器(7)嵌入在天線基座(6)和金屬柵格框架(9)中，天線輻射層(16)和天線基座(6)位于金屬柵格框架(9)內(nèi)部，通過固定螺釘(8)與金屬柵格框架(9)固定連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，金屬貼片(13)包括：第一金屬貼片(13f)位于第一半固化片(4g)上表面，位于同層的兩個第一金屬貼片(13f)中，一個通過金屬化過孔(12)和同軸連接器(7)的針芯相連，另一個通過金屬化過孔(12)和金屬地板(10)相連；第二金屬貼片(13e)位于第二半固化片(4f)下表面，第二金屬貼片(13e)和第一金屬貼片(13f)的重疊部分通過銅漿塊(11)燒結(jié)而成；第三金屬貼片(13d)位于第三半固化片(4e)上表面，通過金屬化過孔(12)與第二金屬貼片(13e)相連；第四金屬貼片(13c)位于第四半固化片(4d)下表面，第四金屬貼片(13c)和第三金屬貼片(13d)的重疊部分通過銅漿塊(11)燒結(jié)而成；第五金屬貼片(13b)位于第五半固化片(4c)上表面，通過金屬化過孔(12)與第四金屬貼片(13c)相連；第六金屬貼片(13a)位于第六半固化片(4b)下表面，第六金屬貼片(13a)和第五金屬貼片(13b)的重疊部分通過銅漿塊(11)燒結(jié)而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，第七半固化片(4a)的上表面還具有寄生金屬貼片(14)，通過第七半固化片(4a)壓合而成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，金屬貼片(13)中，位于同一半固化片(4)之上的兩個金屬貼片(13)在水平面上具有一定的間距且關(guān)于所述天線單元結(jié)構(gòu)中心對稱分布。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，金屬貼片(13)、寄生金屬貼片(14)沿所述天線單元結(jié)構(gòu)的中心依次排開，逐漸向所述天線單元結(jié)構(gòu)的邊緣靠近。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，兩個環(huán)形貼片(15)分別位于第四半固化片(4d)和第三半固化片(4e)之間以及第二半固化片(4f)和第一半固化片(4g)之間，圍繞相應(yīng)半固化片(4)之上的金屬貼片(13)形成環(huán)形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，金屬柵格框架(9)由長方形金屬、金屬圍框堆疊而成，所述金屬圍框為半個“i”字型金屬柱，“i”字型的長邊沿著天線h面的兩個棱邊排布。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，其特征在于，金屬貼片(13)、金屬化過孔(12)和銅漿塊(11)，形成漸變槽天線結(jié)構(gòu)，介質(zhì)基板(3a)、第七半固化片(4a)和夾層(2)形成了所述天線單元結(jié)構(gòu)的寬角匹配層。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于復(fù)合材料和多層結(jié)構(gòu)的可承載天線，天線單元結(jié)構(gòu)包括面板；夾層；天線輻射層，天線輻射層包括介質(zhì)基板和半固化片，半固化片的表面壓合有金屬貼片，半固化片之間具有環(huán)形貼片，環(huán)形貼片圍繞金屬貼片形成環(huán)形結(jié)構(gòu)；天線饋電層，包括金屬地板，金屬地板刻蝕于介質(zhì)基板的下表面，通過導(dǎo)電膠和天線底座粘接相連；金屬柵格框架，同軸連接器嵌入在天線基座和金屬柵格框架中，天線輻射層和天線基座位于金屬柵格框架內(nèi)部，通過固定螺釘與金屬柵格框架固定連接。本發(fā)明提供的天線具有寬帶寬角掃描的性能，同時具有低剖面的特性，具有易與載體表面共形、易與有源器件集成等優(yōu)點，且天線具有一定的承載能力，提高了實際工程應(yīng)用的價值。程應(yīng)用的價值。程應(yīng)用的價值。
