CN102117960B - 复合材料带状线波导辐射单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合材料带状线波导辐射单元，由加固层，带状线外胶膜层，辐射单元上、下接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层，介质支撑层，辐射单元中心导体单面覆铜板层，带状线外胶膜层，共13层不同厚度的平面材料组成。其中辐射单元上、下接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层上印制辐射单元上、下接地板和相同图形的辐射槽喇叭和喇叭隔离槽。辐射单元中心导体单面覆铜板层印制辐射单元中心导体和辐射槽喇叭馈电开路线。本发明与复合材料带状线波导实现结构和电气的良好匹配、具有重量轻、损耗小、易加工特点。是雷达或通讯领域中微波阵列天线的辐射单元。
Description
技术领域
本发明涉及雷达或通讯天线波导辐射单元领域，特别涉及复合材料带状线波导辐射单元，主要应用于雷达、通讯、测量、天文观测等重量要求比较严格的微波阵列天线系统。
技术背景
微波阵列天线的辐射单元与为其馈电的微波传输线有着相当紧密的关系，如微带贴片辐射单元与微带线波导之间、波导裂缝辐射单元与矩形波导之间、半波振子辐射单元与同轴线波导之间等等。而能与复合材料带状线波导匹配的天线辐射单元尤其是由复合材料带状线波导做成的辐射单元还没有，如果能够设计一种复合材料带状线波导辐射单元，则必然会在结构和电气上能与复合材料带状线波导有良好匹配。
发明内容
本发明要解决的技术问题：给新型“复合材料带状线波导”设计一种在结构和电气都与之良好匹配的复合材料带状线波导辐射单元，解决雷达或通讯系统中微波馈线、辐射单元与有源微波元器件匹配问题。所设计的复合材料带状线波导辐射单元结构稳定，重量轻，与复合材料带状线波导具有良好的电磁兼容性和密封性。
本发明解决问题的技术方案：复合材料带状线波导辐射单元由十三层不同厚度的平面材料，通过袋压或模压高温胶合而成。十三平面材料层的结构顺序由上到下分别为加固层(1)，带状线外胶膜层(2)，辐射单元上接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层(3)，带状线内胶膜层(4)，介质支撑层(5)，带状线内胶膜层(6)，辐射单元中心导体单面覆铜板层(7)，带状线内胶膜层(8)，介质支撑层(9)，带状线内胶膜层(10)，辐射单元下接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层(11)，带状线外胶膜层(12)，加固层(13)。所述辐射单元上接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层的覆铜层朝下，其上印制辐射单元上接地板(3b)、辐射槽喇叭(b1)和喇叭隔离槽(b2)；辐射单元中心导体单面覆铜板层的覆铜层朝上，其上印制辐射单元中心导体(7b-1)和辐射槽喇叭馈电开路线(7b-2)，还有辐射单元到50欧姆标准输出端口的阻抗变换器(7b-0)；用来把带状线波导内的电磁能量耦合到辐射槽喇叭，辐射单元下接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层的覆铜层朝上，其上印制辐射单元下接地板(11b)、辐射槽喇叭(b1)和喇叭隔离槽(b2)；辐射槽喇叭(b1)和馈电开路线(7b-2)的相对位置图关系由参数D1和D2确定。
所述复合材料带状线波导辐射单元的加固层材料为环氧玻璃布或阻燃环氧纺纶布预浸料；带状线外胶膜层材料为环氧胶膜；单面覆铜板层材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板；带状线内胶膜层材料为AFA无卤素型丙烯酸胶膜；介质支撑层材料为PMI聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
具有上述技术特征的本发明的有益效果如下：
本发明确保低损耗的前提下，通过采用胶接方法实现了结构稳定、加工简单、密封性良好的带状线波导辐射单元。通过胶接加固层的方法实现了一定强度、降低了材料成本；通过选用单面覆铜板材料，进行印制线加工，与复合材料带状线波导同设计、同加工，降低了加工难度和成本。本发明能够与复合材料带状线波导实现结构上和电气上的良好匹配、具有良好的密封性能，且重量轻，是性能良好的阵列天线辐射单元。能在工程实践中大量推广应用。
附图说明
图1本发明复合材料带状线波导辐射单元辐射槽喇叭和馈电开路线的相对位置图。
图2本发明复合材料带状线波导辐射单元中心导体与馈电开路线图。
图3本发明复合材料带状线波导辐射单元辐射槽喇叭、隔离槽图。
图4本发明复合材料带状线波导辐射单元的13层平面材料的叠放顺序和结构图。
图5本发明复合材料带状线波导辐射单元实物图。
图6本发明复合材料带状线波导辐射单元的输入电压驻波比实测曲线，横坐标为频率，单位为GHz。
具体实施方式
结合上述附图，通过实施例对本发明做进一步的说明。
设计频段为S波段3.1GHz～3.4GHz。
如图1所示，本发明的单面覆铜板层3的覆铜3b层朝下，其上印制辐射单元上接地板、辐射槽喇叭b1和喇叭隔离槽b2；单面覆铜板层11的覆铜11b层朝上，其上印制辐射单元下接地板、辐射槽喇叭b1和喇叭隔离槽b2。在单面覆铜板层7的覆铜7b层朝上，其上印制阻抗变换器7b-0，辐射单元中心导体7b-1和辐射槽喇叭馈电开路线7b-2(结合见图2)。结合图1和图3可以看出，3b和11b的印刷电路图形相同，方向一正一反。三层覆铜板3，7，11上的电路图形的相对方向及位置关系由参数D1和D2确定。单面覆铜板层3和11辐射单元下接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层3、7、11的介质层分别为3a、7a、11a(见图4)。
如图4所示，本发明的13层平面材料名称及厚度如下所述，其中序号还同时也是材料的层次编号：
1阻燃环氧纺纶布预浸料、0.2mm厚，其固化温度约为130摄氏度；
2环氧胶膜、0.1mm厚，其固化温度约为130摄氏度；
3辐射单元上接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层，材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板、0.035mm厚，其上印制图形参数见图3和表2；
4AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；
5PMI聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、5mm厚；
6AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；
7辐射单元中心导体和辐射槽喇叭馈电开路线单面覆铜板层，材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板、0.035mm厚，其上印制图形参数见图2和表1；
8AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；
9PMI聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、5mm厚；
10AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；
11辐射单元下接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层，材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板、0.035mm厚，其上印制图形参数见图3和表2；
12环氧胶膜、0.1mm厚，其固化温度约为130摄氏度；
13阻燃环氧纺纶布预浸料、0.2mm厚，其固化温度约为130摄氏度；
先把3～11层按照图4所示的顺序及方向叠放，3、7、11之间的相对位置参数D1为28.25mm，D2为27.65mm(见表3)，用袋压方法约160摄氏度高温胶接成形后，再按照图4所示的顺序及方向叠放上1、2层和12、13层，用袋压方法约130摄氏度高温胶接成形，做成图5所示的复合材料带状线波导。制成后的带状线波导厚度为10.8mm±0.1mm，长度为140mm，宽度为120mm，其重量为45g，测试的输入电压驻波比曲线见图6。从驻波曲线可以看出，该复合材料带状线辐射单元是一个驻波比带宽较宽的理想天线辐射单元。
表1 辐射单元中心导体和辐射槽喇叭馈电开路线尺寸表
| W1(mm) | W2(mm) | W3(mm) | W4(mm) | W5(mm) | L1(mm) | L3(mm) | L4(mm) |
| 8.7 | 4.3 | 6.42 | 9.12 | 13.29 | 43.85 | 20.2 | 6.47 |
表2 辐射单元槽喇叭尺寸表
| DW0(mm) | DW1(mm) | DW2(mm) | DW3(mm) | DH0(mm) | DH1(mm) | DH2(mm) |
| 20.85 | 3.5 | 23.825 | 3.5 | 20.0 | 0.85 | 42.7 |
表3 槽喇叭和馈电开路器相对位置尺寸表
| D1(mm) | D2(mm) |
| 28.25 | 27.65 |
Claims (8)
1.一种复合材料带状线波导辐射单元，由十三层不同厚度的平面材料，通过袋压或模压高温胶合而成，其特征在于：层(1)阻燃环氧纺纶布预浸料、0.2mm厚，其固化温度约为130摄氏度；层(2)环氧胶膜、0.1mm厚，其固化温度约为130摄氏度；层(3)辐射单元上接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层，材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板、0.035mm厚；层(4)AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；层(5)PMI聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、5mm厚；层(6)AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；层(7)辐射单元中心导体和辐射槽喇叭馈电开路线单面覆铜板层，材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板、0.035mm厚；层(8)AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；层(9)PMI聚甲基丙烯酰亚胺泡沫、5mm厚；层(10)AFA无卤素型丙烯酸胶膜、0.05mm厚，其固化温度约为160摄氏度；层(11)辐射单元下接地板和辐射槽喇叭单面覆铜板层，材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板、0.035mm厚；层(12)环氧胶膜、0.1mm厚，其固化温度约为130摄氏度；层(13)阻燃环氧纺纶布预浸料、0.2mm厚，其固化温度约为130摄氏度。
2.根据权利要求1所述的复合材料带状线波导辐射单元，其特征在于：在辐射槽喇叭(b1)两侧有宽度为DW1，长度为DHO的短路线隔离槽(b2)，用来限定辐射槽喇叭导体的边界。
3.根据权利要求1所述的复合材料带状线波导辐射单元，其特征在于：辐射单元的输入阻抗设计为100欧姆，以满足组阵时的尺寸要求，辐射单元的输入端口通过台阶变换到通用的50欧姆阻抗端口，以方便测试。
4.根据权利要求1所述的复合材料带状线波导辐射单元，其特征在于：辐射槽喇叭馈电开路线(7b-2)宽度W1：8.7mm，长度L1：43.85mm，馈电中心导体(7b-1)宽度W2：4.3mm。
5.根据权利要求1所述的复合材料带状线波导辐射单元，其特征在于：辐射槽喇叭的口径DW0：20.85mm，喇叭的高度(DH0+DH1)：20.85mm；喇叭根部槽的宽度DW2：42.7mm，长度DH2：42.7mm；隔离槽宽度DW1：3.5mm，长度DH0：20.mm，隔离槽边沿与喇叭口边沿之间的距离DW2：23.825mm。
6.根据权利要求1所述的复合材料带状线波导辐射单元，其特征在于：辐射槽喇叭和馈电开路线的相对位置参数D1：28.25mm，D2：27.65mm。
7.根据权利要求1所述的复合材料带状线波导辐射单元，其特征在于：加固层(1、13)材料为环氧玻璃布或阻燃环氧纺纶布预浸料；带状线外胶膜层(2、12)材料为环氧胶膜；单面覆铜板层(3、7、11)材料为LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板；带状线内胶膜层(4、6、8、10)材料为AFA无卤素型丙烯酸胶膜；介质支撑层(5、9)材料为PMI聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。
8.根据权利要求1或7所述的复合材料带状线波导辐射单元，其特征在于：所述的环氧胶膜(2、12)的厚度为0.1～0.3mm；所述的LPI无卤素型聚酰亚胺薄膜覆铜层压板(3、7、11)厚度为0.035mm；所述的AFA无卤素型丙烯酸胶膜(4、6、8、10)厚度为0.05mm；所述的PMI聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(5、9)厚度为5mm。
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