CN101867084A - 一种新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，它是在复合材料夹芯结构的蜂窝芯体中植入微带阵列天线，制成整体天线结构。嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构是由上面板、芯体盖板、预封装的微带阵列天线、芯体、下面板和胶接层构成。其中，芯体盖板位于预封装的微带阵列天线的上方；微带阵列天线通过封装盒盖进行预封装保护。该结构可以用作各种飞行器的蒙皮结构，实现在满足飞行器承载和通讯要求的情况下极大地减少飞行器的结构重量。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线结构，具体地说，涉及一种集承载、维形、隐身、微波通讯等功能于一体的，能够有效减轻飞行器重量和保持飞行器良好气动外形的新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构。
背景技术
目前，飞行器雷达和通讯系统的天线往往以刀形或者雷达整流罩包覆的形式凸出于机体表面，破坏了飞行器理想的气动外形，增大了气动阻力，影响雷达信号特征，也增加了飞行器制造和系统维护的成本。现有公开文献“利用辐射场的结构谐振原理设计与制造复合材料智能结构”(《智能材料与结构》，2005年4月第14卷第2期：441～448页.)一文中通过分析复合材料夹层结构和缝隙天线的特点，把复合材料夹芯结构和缝隙天线融合在一起，设计并制造了用于移动通讯的含单个缝隙天线发射单元的复合材料智能结构的独立结构，结果显示复合材料智能结构比裸露天线的带宽更宽(增加10％)，增益更高。但是，该文的工作没有涉及微带阵列天线，没有考虑胶层直接覆盖发射单元对复合材料智能结构电性能的影响，也没有涉及智能结构与整体结构的融合。本发明提出了一种将微带阵列天线预封装后嵌入到复合材料夹层结构中的新构型，该构型在充分保证天线的电性能指标和整体结构的承载能力的情况下，对天线和结构进行优化，实现了天线阵列与机体结构的共形，获得了集承载、维形、隐身、微波通讯等功能于一体的，能够有效减轻飞行器重量和保持飞行器良好的气动外形的新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种集承载、维形、隐身、微波通讯等功能于一体的，能够有效减轻飞行器重量和保持飞行器良好的气动外形的新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种将微带阵列天线预封装后嵌入到复合材料夹层结构中的新构型，该构型在充分保证天线的电性能指标和整体结构的承载能力的情况下，对天线和结构进行优化。本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构是由上面板、芯体盖板、预封装微带阵列天线、芯体、下面板以及胶接层结构，组合设计成为整体结构。所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的芯体上部有一凹槽，凹槽深度为芯体盖板、预封装微带阵列天线和预封装微带阵列天线两侧胶接层的厚度之和；所述芯体上部凹槽、芯体盖板、预封装微带阵列天线、预封装微带阵列天线两侧胶接层的长宽尺寸与微带阵列天线的长宽尺寸一致；所述上面板、芯体、下面板和其他胶接层的长宽尺寸与嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构所应用的结构一致。
所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的芯体盖板和芯体为透波率高于70％的轻质复合材料，材料可选泡沫或蜂窝芯体的任意一种。蜂窝芯体可选Nomex蜂窝或玻璃布蜂窝材料的任意一种，形状可选六边形、或菱形、或矩形、或正弦曲线形和有加强带的六边形。芯体盖板的厚度可取2～15mm，芯体厚度可取10～25mm。
所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的预封装微带阵列天线由封装盒盖与微带阵列天线板通过胶接成为整体结构。封装盒盖对微带阵列天线进行预封装保护，避免胶接层覆盖微带阵列天线发射单元，对微带阵列天线电性能产生影响；封装盒盖材料可选E玻璃纤维、S玻璃纤维、D玻璃纤维和石英玻璃纤维增强的树脂基复合材料的任意一种；封装盒盖形状为带凹槽长方体结构，其长宽尺寸与微带阵列天线长宽尺寸一致，封装盒盖的壁厚和顶部厚度可取1～5mm；封装盒盖的高度可取2～15mm。微带阵列天线为设定谐振频率的微带阵列天线。
所述的上面板和下面板可选E玻璃纤维、S玻璃纤维、D玻璃纤维和石英玻璃纤维等增强的树脂基复合材料的任意一种；面板的厚度可取0.4～0.7mm。
所述的胶接层可选用LWF-1、LWF-2、J47A、J47C和J95中温固化胶膜，每层胶膜厚度为0.1mm，可选用1～5层。
本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构不仅能保证飞行器良好的气动外形，提升飞行器隐身效果，减轻飞行器的结构重量和体积，满足结构承载传载的力学性能要求，而且能够具有出色的微波信号通讯能力。
附图说明
下面结合附图对本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构作进一步详细说明。
图1为本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的示意图。
图2为本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的预封装微带阵列天线的示意图。
图3为本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的封装盒盖的主视图。
图4为本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的封装盒盖的俯视图。
图中，1.上面板 2.芯体盖板 3.预封装微带阵列天线 4.芯体 5.下面板
6.胶接层 7.封装盒盖 8.胶接层 9.微带阵列天线
具体实施方式
实施例一
图1示出了本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，它包括上面板1、芯体盖板2、预封装微带阵列天线3、芯体4、下面板5和胶接层6，组合设计成为整体结构。所述整体结构的上面板1和下面板5选用中温固化低介电损耗玻璃布树脂基复合材料，其厚度为0.4mm；
所述的芯体盖板2和芯体4材料选用Nomex蜂窝，芯体盖板2的厚度为2mm，芯体4的厚度为20mm；
所述的胶接层6材料选用LWF-2中温固化胶膜，其中1层的厚度为0.1mm。
如图2所示，是本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的预封装微带阵列天线。所述的预封装微带阵列天线3中的封装盒盖7通过胶接层8与微带阵列天线9进行胶接。胶接层8的形状和封装盒盖7与微带阵列天线9胶接的一侧形状一致。胶接层8和封装盒盖7在馈电端开设有一槽孔，避免胶接层覆盖微带阵列天线9的馈线和加工过程中封装盒盖微带阵列天线9挤压S端子。
所述的微带阵列天线9是谐振频率为9.6GHz的4×8的微带阵列天线。
所述的胶接层8的材料选用LWF-2中温固化胶膜，其材料厚度为0.1mm。
参见图3、图4，是本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的封装盒盖，所述的封装盒盖7形状为带凹槽的长方体结构，其长宽尺寸与微带阵列天线长宽尺寸一致，封装盒盖7在馈电端开设有一槽孔，以避免胶接层覆盖微带阵列天线9的馈线和加工过程中封装盒盖微带阵列天线9挤压S端子。
封装盒盖7选用中温固化低介电损耗玻璃布树脂基复合材料(SW玻璃布/环氧)，其厚度为15mm，凹槽深度为13mm，壁厚为2mm。
嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的工艺步骤为：
首先，将嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构在净化间中预先铺设，其上面板1的下侧和下面板5的上侧与预封装微带阵列天线3的上下面各贴一层胶接层6，胶接层粘贴完毕后用风机烘干。其次，利用特种胶带和模具将组合件固定，密封抽真空后送入热压罐中，在高温高压下一次固化成形。
实施例二
作为本发明嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的另一种实施方式，如图1所示，其上面板1、下面板5的材料可选用中温固化低介电损耗玻璃布树脂基复合材料(SW玻璃布/环氧)，厚度为0.5mm；
对于芯体盖板2、芯体4的材料可选用玻璃布蜂窝，芯体盖板2的厚度为9mm、芯体的厚度为23mm。
预封装微带阵列天线3中的封装盒盖7通过胶接层8与微带阵列天线9进行胶接。封装盒盖7选用中温固化低介电损耗玻璃布环氧树脂复合材料(SW玻璃布/环氧)，厚度为8mm，凹槽深度为5mm，壁厚为3mm。微带阵列天线9是谐振频率为1.2GHz的4×8的微带阵列天线。
胶接层6、胶接层8选用J47A中温固化胶膜，3层，厚度为0.3mm。
将嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构在净化间中预先铺设，在上面板1的下侧、下面板5的上侧和预封装微带阵列天线3的上下面各贴一层胶接层6，胶接层粘贴完毕后用风机烘干。其次，利用特种胶带和模具将组合件固定，密封抽真空后送入热压罐中，在高温高压下一次固化成形。
实施例三
在本实施方式中，胶接层6、胶接层8是选用J47C中温固化胶膜，5层，厚度为0.5mm。
上面板1和下面板5是选用中温固化低介电损耗玻璃布环氧树脂复合材料(SW玻璃布/环氧)，厚度为0.7mm；
芯体盖板2和芯体4是选用Nomex蜂窝，芯体盖板2的厚度为15mm，芯体4的厚度为25mm。
预封装微带阵列天线3中的封装盒盖7通过胶接层8与微带阵列天线9进行胶接。封装盒盖7选用中温固化低介电损耗玻璃布树脂基复合材料(SW玻璃布/环氧)，厚度为5mm，凹槽深度为3mm，壁厚为2mm。微带阵列天线9是谐振频率为3.1GHz的4×8的微带阵列天线。
嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构的工艺步骤为：
首先，将嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构在净化间中预先铺设，除尘后在上面板1的下侧、下面板5的上侧和预封装微带阵列天线3的上下面各贴一层胶接层6，胶接层粘贴完毕后用风机烘干。利用特种胶带和模具将组合件固定，密封抽真空后送入热压罐中，在高温高压下一次固化成形。
Claims (6)
1.一种新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，包括上面板(1)、芯体盖板(2)、预封装的微带阵列天线(3)、芯体(4)、下面板(5)和胶接层(6)，其特征在于：所述的预封装微带阵列天线(3)由封装盒盖(7)与微带阵列天线(9)通过胶接层(8)胶接组合成为整体结构。
2.根据权利要求1所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，其特征在于：所述的胶接层(8)的形状和封装盒盖(7)与微带阵列天线(9)胶接的一侧形状一致，胶接层(8)和封装盒盖(7)在馈电端设有一槽孔，避免胶接层(8)覆盖微带阵列天线(9)的馈线。
3.根据权利要求1所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，其特征在于：所述的封装盒盖(7)为带凹槽的长方体，在馈电端设有一槽孔，避免加工过程中封装盒盖(7)挤压微带阵列天线(9)的S端子；封装盒盖(7)的长宽尺寸与微带阵列天线(9)长宽尺寸一致，封装盒盖(7)的壁厚和顶部厚度为1～5mm；封装盒盖(7)的高度为2～15mm。
4.根据权利要求1所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，其特征在于：所述的芯体盖板(2)、芯体(4)为高透波率高于70％的轻质复合材料，材料为泡沫或蜂窝芯体的任意一种，芯体盖板(2)的厚度可取2～15mm，芯体(4)的厚度可取10～25mm。
5.根据权利要求1所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，其特征在于：所述的上面板(1)和下面板(5)的材料为E玻璃纤维、S玻璃纤维、D玻璃纤维和石英玻璃纤维等增强树脂基复合材料的任意一种，面板的厚度可取0.4～0.7mm。
6.根据权利要求1所述的嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，其特征在于：所述的胶接层(6)选用中温固化胶膜，每层胶膜厚度为0.1mm，可选用1～5层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101020 |