CN102683790A - 曲面频率选择面激光刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了曲面频率选择面激光刻蚀方法，所述的激光刻蚀方法首先需要建立曲面频率选择面激光刻蚀输入模型，然后将建立的曲面频率选择面激光刻蚀输入模型输入至激光刻蚀系统，作为激光头行进的依据，由激光头进行刻蚀；本发明克服现有技术的不足具有不破坏频率选择单元周期结构的特点。通过在反射器中心位置处作切平面T，用若干平行的平面垂直于T切割反射器，形成的交线可以近似认为是圆上的一段。以交线为母线可以将频率选择单元环周期性的排列并进行投影，从而建立起激光刻蚀所需要的输入模型。

Description

曲面频率选择面激光刻蚀方法
技术领域
本发明属于微波通信领域，涉及一种曲面频率选择面激光刻蚀输入模型的建立方法，应用于星载多馈源多频段天线系统中。
背景技术
随着卫星通信的发展，频率选择反射器成为近年来发展较快的星载天线部件之一。激光刻蚀具有无接触、无需模具、清洁、精度高、方便实行数控等特点，且该工艺对反射器重量几乎没有增加，因此被认为是星载频率选择反射器加工的最为理想的手段。
激光刻蚀技术通过具有联动功能的激光刻蚀头可对任意复杂三维曲面上金属薄膜、按照设计的图形进行精确定位及精密刻蚀成型，其优点是金属薄膜图形的定位及加工精度高。但在激光刻蚀前需要对频率选择面进行准确的模型建立，作为刻蚀过程中激光头行进的输入依据。模型建立的准确性直接影响着曲面频率选择反射器的电性能特性。
频率选择面是由完全相同的单元沿二维方向周期排列而成的(如图1所示)，在星载卡塞格伦式双反射面天线中，有时需要副反射器具有频率选择功能，而副反射器往往是椭球面或双曲面上的一部分(如图2所示)，在曲面上对周期结构进行建模并且不破坏其频率选择性能是非常困难的。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出了频率选择单元在曲面反射器上的投影方法，为频率选择面的激光刻蚀提供了有效的输入模型，提高了刻蚀效率。
本发明的技术解决方案：曲面频率选择面激光刻蚀方法，所述的激光刻蚀方法首先需要建立曲面频率选择面激光刻蚀输入模型，然后将建立的曲面频率选择面激光刻蚀输入模型输入至激光刻蚀系统，作为激光头行进的依据，由激光头进行刻蚀；所述的建立曲面频率选择面激光刻蚀输入模型的步骤如下：
(1)在反射器的母线上间隔性的选取母线基点，定义为A1～An，基点A1位于反射器的中央位置，基点间距为反射器相邻频率选择单元环的圆心距；
(2)在基点A1处作反射器的切平面T，用分别通过基点A1～An的相互平行的平面垂直于切平面T切割反射器，所得的交线记为Li，i＝1～n；
(3)将上述步骤(2)中的每一条交线分别进行如下处理：选取每条交线Li的中心点及两端点，并以该三点为基础作圆，确定圆半径Ri，以半径Ri为母线作锥形圆环带，该锥形圆环带在Ai点与反射器的母线相切，锥形圆环带的宽度大于反射器频率选择单元环的直径；
(4)在步骤(3)确定的n条锥形圆环带上排列频率选择单元环，频率选择单元环的间距与步骤(1)中基点间距相同；
(5)将所有锥形圆环带上的频率选择单元环沿反射器的法线投影到反射器上，得到激光刻蚀输入模型。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)相对于贴图法制作频率选择反射器而言，本发明利用副反射器自身的曲面特性，将频率选择单元按照一定规律投影在反射器表面上，较大程度的保持了频率选择单元的周期排列特性。
(2)建立的频率选择单元模型精度较高，尤其在使用频率较高时，采用本发明研制的曲面反射器依然具有较好的电性能。
附图说明
图1为需要进行激光刻蚀的曲面副反射器示意图；
图2为需要进行激光刻蚀的频率选择单元阵示意图；
图3为本发明曲面副反射器上的基点选取示意图；
图4为本发明在反射器中心位置处的基点上作切平面T，用若干平行的平面通过基点垂直于T切割反射器的示意图；
图5a为本发明作锥形圆环带通过图4中的交线示意图；图5b为锥形圆环带示意图；
图6为本发明沿锥形圆环带周期性排列频率选择单元环并投影后的示意图。
具体实施方式
在星载卡塞格伦式双反射面天线中，副反射器往往是椭球面或双曲面上的一部分，本发明的技术出发点是，副反射器上任意一条曲线都可以近似认为是一个圆上的一段。下面介绍本发明曲面频率选择面激光刻蚀方法。具体步骤如下：
1、建立曲面频率选择面激光刻蚀输入模型
(1)在反射器的母线上间隔性的选取母线基点，定义为A1～An，基点A1位于反射器的中央位置，基点间距为反射器相邻频率选择单元环的圆心距；基点个数根据反射器大小确定。
(2)在基点A1处作反射器的切平面T，用分别通过基点A1～An的相互平行的平面垂直于切平面T切割反射器，所得的交线记为Li，i＝1～n；
(3)将上述步骤(2)中的每一条交线分别进行如下处理：选取每条交线Li的中心点及两端点，并以该三点为基础作圆，确定圆半径Ri，以半径Ri为母线作锥形圆环带，该锥形圆环带在Ai点与反射器的母线相切，锥形圆环带的宽度大于反射器频率选择单元环的直径；
(4)在步骤(3)确定的n条锥形圆环带上排列频率选择单元环，频率选择单元环的间距与步骤(1)中基点间距相同；
(5)将所有锥形圆环带上的频率选择单元环沿反射器的法线投影到反射器上，得到激光刻蚀输入模型。
2、激光刻蚀输入模型确定后，也就确定了需要刻蚀的频率选择单元环在反射器x、y、z三个方向上的刻蚀值及刻蚀路线，将输入模型输入至激光刻蚀系统，激光刻蚀系统采用三维的移动机构和短脉冲激光器，三维移动机构根据输入模型的刻蚀路线使短脉冲激光器的激光头根据刻蚀路线行进，并按照x、y、z三个方向上的刻蚀值设置好激光功率、光斑重叠度、移动速度等指标后即可进行刻蚀。
注意，进行激光刻蚀时，尽可能使反射器表面与加工激光束垂直，减小激光束畸变可能引入的误差。
实施例
如附图1所示，本实施例中，副反射器为椭球面上的一部分，其在焦轴上的投影口径为：313.4mm×451.7mm。椭球长轴为1088mm，短轴为956mm。需要刻蚀的频率选择单元环如图2所示。
在椭球的母线上间隔性的选取若干点(称为母线上的基点)，定义为A1～An，A1选在反射器的中央位置处，如图3所示(X轴为椭球的焦轴)。与之相同，在母线的另一侧也间隔性的选取若干点。基点之间的间距为频率选择单元环的间距。
如图4所示，对A1点作椭球反射器的切平面T，再作T平行于Z轴并通过A1点的法平面S1，平行于S1作其他平面Sn，Sn通过椭球反射器母线上的基点An。
如图5a所示，平面Sn与椭球反射器的交线定义为Ln，找半径为Rn的圆使其近似与交线Ln重合，以半径为Rn的圆(圆心记为On)为母线作锥形圆环带Mn，锥形圆环带与反射器的椭球母线相切，如图5b所示。
如图6所示，沿锥形圆环带以旋转角φn周期性排列频率选择单元环，使相邻单元环之间间距与椭球母线上的基点A1～An间距相同。将所有单元环投影在反射器上就得到了最终的激光刻蚀输入模型。
按照上述激光刻蚀输入模型，采用配备三维移动机构和短脉冲激光器的激光刻蚀系统进行刻蚀操作，完成了频率选择副反射器的研制。经测试，在20GHz频段透射损耗≤0.7dB，在30GHz频段反射损耗≤0.6dB。
以上模型建立方法同样适用于双曲线形的反射器。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.曲面频率选择面激光刻蚀方法，所述的激光刻蚀方法首先需要建立曲面频率选择面激光刻蚀输入模型，然后将建立的曲面频率选择面激光刻蚀输入模型输入至激光刻蚀系统光头，作为激光头行进的依据，由激光头进行刻蚀；其特征在于：所述的建立曲面频率选择面激光刻蚀输入模型的步骤如下：
(1)在反射器的母线上间隔性的选取母线基点，定义为A1～An，基点A1位于反射器的中央位置，基点间距为反射器相邻频率选择单元环的圆心距；
(2)在基点A1处作反射器的切平面T，用分别通过基点A1～An的相互平行的平面垂直于切平面T切割反射器，所得的交线记为Li，i＝1～n；
(3)将上述步骤(2)中的每一条交线分别进行如下处理：选取每条交线Li的中心点及两端点，并以该三点为基础作圆，确定圆半径Ri，以半径Ri为母线作锥形圆环带，该锥形圆环带在Ai点与反射器的母线相切，锥形圆环带的宽度大于反射器频率选择单元环的直径；
(4)在步骤(3)确定的n条锥形圆环带上排列频率选择单元环，频率选择单元环的间距与步骤(1)中基点间距相同；
(5)将所有锥形圆环带上的频率选择单元环沿反射器的法线投影到反射器上，得到激光刻蚀输入模型。
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