專利名稱：復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)或通訊天線領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線， 主要應(yīng)應(yīng)用于雷達(dá)、通訊、測量、天文觀測要求重量比較輕的微波陣列天線系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微波傳輸線分為同軸線波導(dǎo)、矩形波導(dǎo)、圓形波導(dǎo)、微帶線波導(dǎo)、帶狀線波導(dǎo)等多 種傳輸線，根據(jù)應(yīng)用背景不同選用不同的傳輸線波導(dǎo)。隨著微波有源器件技術(shù)及工藝的發(fā) 展進(jìn)步，其價(jià)格大幅度下降，使有源器件的應(yīng)用范圍大大擴(kuò)展，微波有源電路、微波有源陣 列天線的需求強(qiáng)勁，很需要如微帶線波導(dǎo)、帶狀線波導(dǎo)等能與微波有源器件良好匹配的微 波傳輸線。而微帶線由于其結(jié)構(gòu)開放，不利于電磁兼容性設(shè)計(jì)。如果要考慮電磁兼容，就需 要增加屏蔽盒，這樣一來其重量就會相應(yīng)增加，尤其對于較大的有源陣列天線更是如此。而 帶狀線波導(dǎo)結(jié)構(gòu)本身就是一種封閉結(jié)構(gòu)，具有良好的電磁兼容性。但是傳統(tǒng)的帶狀線波導(dǎo) 由上下兩塊相距一定距離的金屬板和中心導(dǎo)帶組成，為了在物理上能夠?qū)崿F(xiàn)，兩塊金屬板 需要一定的厚度來保證其強(qiáng)度，同時需要有特殊的設(shè)計(jì)來支撐中心導(dǎo)帶，使得這種帶狀線 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)笨重、加工復(fù)雜、重量大，不能滿足某些對重量有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場合(如天線舉 高、航空、航天等領(lǐng)域)。微波陣列天線的輻射單元與其饋電的微波傳輸線有著相當(dāng)緊密的關(guān)系，如微帶貼 片輻射單元與微帶線波導(dǎo)之間、波導(dǎo)裂縫輻射單元與矩形波導(dǎo)之間、半波振子輻射單元與 同軸線波導(dǎo)之間等等。如果能利用復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)和復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)輻射單元設(shè) 計(jì)一種陣列天線，則能滿足有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場合

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題針對傳統(tǒng)的帶狀線在電性能和結(jié)構(gòu)方面存在的不足， 以新型復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)和復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)輻射單元為基礎(chǔ)計(jì)一種復(fù)合材料帶狀 線波導(dǎo)陣列天線，解決雷達(dá)或通訊系統(tǒng)中微波天線重量要求比較苛刻，用傳統(tǒng)方法難以達(dá) 到要求的問題，這種陣列天線與復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)同設(shè)計(jì)、同加工，具有良好的電磁兼容 性和密封性，傳輸損耗相對較小，重量輕，同時又具有加工簡單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度可調(diào)等特 點(diǎn)，能在工程實(shí)踐中大量推廣應(yīng)用。本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案在兩塊LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜單面覆銅層壓板 一正一反作為復(fù)合材料帶狀線陣列天線外導(dǎo)體，其上一正一反印制32個輻射單元，該輻射 單元為等間距排列的輻射槽喇叭，相鄰槽喇叭之間有一個隔離槽，32個完全相同的輻射槽 喇叭陣構(gòu)成陣列天線；采用另一塊LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜單面覆銅層壓板作為復(fù)合材 料帶狀線陣列天線的中心導(dǎo)體，其上印制陣列天線的內(nèi)導(dǎo)體及饋電網(wǎng)絡(luò)NET，它包含32個 饋電功分器Tl T16、T21 T28、T31 T34、T41 ！"42、T51和32個輻射單元的饋電開 路線；三層覆銅板印制圖形的相對方向及位置關(guān)系由參數(shù)dl和d2確定；在內(nèi)外導(dǎo)體之間 排列PMI聚甲基丙烯酰亞胺泡沫介質(zhì)支撐層；在帶狀線波導(dǎo)的內(nèi)外導(dǎo)體和支撐介質(zhì)之間分別有AFA無鹵素型丙烯酸膠膜，上述的九層平面材料順序疊放，再在陣列天線上下兩面各 加一層環(huán)氧膠膜和環(huán)氧玻璃布或阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料加固層，通過模壓或袋壓高溫膠接 工藝制成十三層超輕、低損耗的帶狀線波導(dǎo)陣列天線；三層覆銅板印制圖形的相對方向及 位置關(guān)系由參數(shù)dl和d2確定；在內(nèi)外導(dǎo)體之間排列PMI聚甲基丙烯酰亞胺泡沫介質(zhì)支撐 層；在帶狀線波導(dǎo)的內(nèi)外導(dǎo)體和支撐介質(zhì)之間分別有AFA無鹵素型丙烯酸膠膜，上述的九 層平面材料順序疊放，再在陣列天線上下兩面各加一層環(huán)氧膠膜和環(huán)氧玻璃布或阻燃環(huán)氧 紡綸布預(yù)浸料加固層，通過模壓或袋壓高溫膠接工藝制成十三層超輕、低損耗的帶狀線波 導(dǎo)陣列天線。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果本發(fā)明保證低損耗的前提下，通過采用膠接方法實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、簡單、密封性良 好的帶狀線波導(dǎo)；通過膠接加固層的方法實(shí)現(xiàn)了一定強(qiáng)度、降低了材料成本；通過選用單 面覆銅板材料，進(jìn)行印制線加工，降低了加工難度和成本?？朔藗鹘y(tǒng)帶狀線波導(dǎo)陣列天線 實(shí)現(xiàn)上結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封性能差、難加工、重量大等問題。


圖1本發(fā)明復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線內(nèi)導(dǎo)體及饋電功分器。圖2本發(fā)明復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線外導(dǎo)體及輻射槽喇叭陣。圖3本發(fā)明復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線饋電功分器和輻射槽喇叭陣相對位置。圖4本發(fā)明復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線的13層平面材料的疊放順序和結(jié)構(gòu)圖。圖5本發(fā)明復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線的實(shí)物圖。圖6本發(fā)明復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線的實(shí)測方向圖，橫坐標(biāo)為角度，單位為 度，縱坐標(biāo)單位為dB。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明設(shè)計(jì)頻段為S波段3. IGHz 3. 4GHz，陣列單元數(shù)為32，單元間距d = 72mm 結(jié)合上述附圖，通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。如圖2所示，采用兩塊LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜單面覆銅層壓板3和11，一正一 反作為復(fù)合材料帶狀線陣列天線外導(dǎo)體，其上一正一反同時印制32個等間距d的輻射槽喇 叭和隔離槽如圖2所示的!3b、llb作為陣列天線的輻射槽喇叭陣。如圖1所示，采用另一塊 LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜的單面覆銅層壓板作為復(fù)合材料帶狀線陣列天線的中心導(dǎo)體， 其上印制內(nèi)導(dǎo)體及一分為32的帶線功分器和32個輻射單元的饋電開路線作為復(fù)合材料帶 狀線陣列天線的饋電功分器。如圖1所示復(fù)合材料帶狀線陣列天線的中心導(dǎo)體上印制的饋電網(wǎng)絡(luò)NET，它包括 結(jié)構(gòu)為五層的一分為二功分器(Tl T16、T21 D8、T31 T!34、T41 Τ42、Τ51)，每一層 饋電功分器的輸入接上一層饋電功分器的分支輸出，每個饋電功分器的尺寸由合成端口線 寬W00，兩分支端口線寬W11、W22，與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)換段線寬W01、W02，轉(zhuǎn)換段的長度L01、L02 等參數(shù)唯一確定，各個饋電功分器的尺寸都不相同；每個饋電開路線的寬度W1，長度Li，與 其相接的饋線寬度W2，長度L2，各個饋電開路線都相同；相鄰饋電開路線之間的距離d = 72mm。圖1中每個饋電功分器的尺寸見表1所列。
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如圖2所示，在復(fù)合材料帶狀線陣列天線外導(dǎo)體上每相鄰輻射槽喇叭之間有一個 隔離槽，輻射槽喇叭和隔離槽之間的等間距d = 72mm。輻射槽喇叭和隔離槽圖形尺寸見表 2所列。如圖4所示，本發(fā)明的13層平面材料名稱及厚度分別為第1層阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料、0. 2mm厚，其固化溫度約為130攝氏度；第2層環(huán)氧膠膜、0. Imm厚，其固化溫度約為130攝氏度；第3層陣列天線上外導(dǎo)體及輻射槽喇叭陣，材料為LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜覆 銅層壓板、0. 035mm厚，其上印制圖2所示的圖形，圖形尺寸見表2 ；第4層AFA無鹵素型丙烯酸膠膜、0. 05mm厚，其固化溫度約為160攝氏度；第5層PMI聚甲基丙烯酰亞胺泡沫、5mm厚；第6層AFA無鹵素型丙烯酸膠膜、0. 05mm厚，其固化溫度約為160攝氏度；第7層陣列天線內(nèi)導(dǎo)體及饋電功分器，材料為LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜覆銅層 壓板、0. 035mm厚，其上印制圖1所示的圖形，圖形尺寸見表1 ；第8層AFA無鹵素型丙烯酸膠膜、0. 05mm厚，其固化溫度約為160攝氏度；第9層PMI聚甲基丙烯酰亞胺泡沫、5mm厚；第10層AFA無鹵素型丙烯酸膠膜、0. 05mm厚，其固化溫度約為160攝氏度；第11層陣列天線下外導(dǎo)體及輻射槽喇叭陣，材料為LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜覆 銅層壓板、0. 035mm厚，其上印制圖2所示圖形，圖形尺寸見表2 ；第12層環(huán)氧膠膜、0. Imm厚，其固化溫度約為130攝氏度；第13層阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料、0. 2mm厚，其固化溫度約為130攝氏度；先把第3 第11層按照圖4所示的順序及方向疊放，3、7、11三層之間的相對位 置尺寸見表4，用袋壓方法約160攝氏度高溫膠接成形后，再按照圖1所示的順序及方向疊 放上1、2層和12、13層，用袋壓方法約130攝氏度高溫膠接成形，做成圖5所示的復(fù)合材料 帶狀線波導(dǎo)陣列天線。制成后的帶狀線波導(dǎo)厚度為10. 8mm士0. 1mm，長度為MOOmm，寬度為 200mm，其重量為1200g，測試的方向圖見圖6。副瓣電平在整個頻帶內(nèi)都在_30dB之下。表1 31個(Tl T31) 1分2饋電功分器尺寸表
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線，其特征在于在兩塊LPI無鹵素型聚酰亞胺薄 膜單面覆銅層壓板(3、11) 一正一反作為復(fù)合材料帶狀線陣列天線外導(dǎo)體，其上一正一反 印制32個輻射單元，該輻射單元為等間距排列的輻射槽喇叭C3b、llb)，相鄰槽喇叭之間有 一個隔離槽；32個完全相同的輻射槽喇叭陣構(gòu)成陣列天線；采用一塊LPI無鹵素型聚酰亞 胺薄膜單面覆銅層壓板(7)作為復(fù)合材料帶狀線陣列天線的中心導(dǎo)體，其上印制陣列天線 的內(nèi)導(dǎo)體及饋電網(wǎng)絡(luò)NET包含32個饋電功分器(Tl T16、T21 D8、T31 T!34、T41 Τ42、Τ51)和32個輻射單元的饋電開路線；三層覆銅板(3、11、7)印制圖形的相對方向及 位置關(guān)系由參數(shù)dl和d2確定；在內(nèi)外導(dǎo)體之間排列PMI聚甲基丙烯酰亞胺泡沫介質(zhì)支撐 層(5、9)；在帶狀線波導(dǎo)的內(nèi)外導(dǎo)體和支撐介質(zhì)之間分別有AFA無鹵素型丙烯酸膠膜(2、4、 6、8)，上述的九層平面材料順序疊放，再在陣列天線上下兩面各加一層環(huán)氧膠膜和環(huán)氧玻 璃布或阻燃環(huán)氧紡綸布預(yù)浸料加固層(1、13)，通過模壓或袋壓高溫膠接工藝制成十三層超 輕、低損耗的帶狀線波導(dǎo)陣列天線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線，其特征在于所述復(fù)合材料 帶狀線陣列天線外導(dǎo)體上每相鄰輻射槽喇叭中間有一個隔離槽，隔離槽的寬度DW3、長度 DL1，相鄰輻射槽喇叭和之間的距離、相鄰隔離槽之間間距都為d = 72mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線，其特征在于復(fù)合材料帶狀 線陣列天線的中心導(dǎo)體上印制的饋電網(wǎng)絡(luò)NET，它包括功分器(Tl T16、T21 D8、T31 T34、T41 Τ42、Τ51)的結(jié)構(gòu)為五層，每一層饋電功分器均從上一層饋電功分器一分為二獲 得，每個饋電功分器的尺寸由合成端口線寬W00，兩分支端口線寬分別為W11、W22，與之對 應(yīng)的轉(zhuǎn)換段線寬分別為W01、W02，對應(yīng)線的長度分別為L01、L02等參數(shù)唯一確定，各個饋電 功分器的尺寸都不相同；每個饋電開路線的寬度W1，長度Li，與其相接的饋線寬度W2，長度 L2 ；各個饋電開路線都相同；相鄰饋電開路線之間的距離d = 72mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線，其特征在于所述的環(huán)氧膠 膜0、1幻的厚度為0. 1 0. 3mm LPI無鹵素型聚酰亞胺薄膜覆銅層壓板(3、7、11)厚度為 0. 035mm ；AFA無鹵素型丙烯酸膠膜0、6、8、10)厚度為0. 05mm ；PMI聚甲基丙烯酰亞胺泡沫 (5,9)厚度為5mm。
全文摘要
本發(fā)明公開一種復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線，以新型復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)和復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)輻射單元為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線，主要應(yīng)用于雷達(dá)或通訊領(lǐng)域的微波天線中。該復(fù)合材料帶狀線波導(dǎo)陣列天線包括陣列天線內(nèi)導(dǎo)體及饋電功分器單面覆銅板層、陣列天線外導(dǎo)體及輻射槽喇叭陣單面覆銅板層、帶狀線內(nèi)膠膜層、介質(zhì)支撐層、加固層、帶狀線外膠膜層等共13層不同厚度的平面材料，通過袋壓或模壓法高溫加工工藝制成。具有損耗小、重量輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、加工簡單、成本低、密封性能好等特點(diǎn)。所加工的線陣天線外形尺寸為2400mm×200mm×10.8mm，重量僅為1.2kg。
文檔編號H01Q21/00GK102117968SQ201010614379
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者宗耀, 張軍, 張雪芹, 董亮, 趙交成 申請人:中國兵器工業(yè)第二○六研究所