CN102916251A - 一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构。该天线罩结构由梯度多孔陶瓷层构成，其梯度多孔陶瓷层的孔隙率由最外层向最里层依次递增，这种梯度结构设计可以有效降低在DC-100GHz范围内电磁波的功率反射率，从而实现宽频透波性能。同时，这种梯度结构设计可以有效降低透波结构在内外表面温差为1400摄氏度下产生的热应力，从而有效提高天线罩结构的高温力学性能。本发明的梯度多孔氮化硅天线罩结构的电信性能突出，高温力学性能优越。
Description
技术领域
本实发明涉及一种能在高达1400摄氏度超高温环境下服役且在DC-100GHz范围内实现宽频透波的梯度多孔氮化硅结构，属于天线罩结构设计领域。
背景技术
天线罩是用于保护通讯、遥测、制导、引爆等系统能在各种服役环境下进行正常工作的一种多功能透波结构，在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等飞行器的天线电系统中得到广泛的应用。天线罩的透波结构不仅需要在天线工作频带内具有高效的透波性能，同时需要具有承载、抗冲击、隔热和抗雨蚀等功能。随着毫米波技术的发展和抗电子干扰要求的提高，宽频带、多频带甚至超宽频的天线罩材料与结构设计成为国内外研究的热点之一。同时，随着飞行器的飞行速度越来越高，对天线罩的高温力学性能提出了更加苛刻的要求。因此，天线罩需要通过结构优化设计，以获得宽频段、多频段透波功能和所需要的高温力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构，它由梯度多孔陶瓷层构成，这种梯度过渡设计既能够有效减少电磁波的功率反射率，从而实现宽频透波性能，同时也能够有效削减结构在高温环境下产生的热应力，提高了结构的高温力学性能。本发明的梯度多孔天线罩结构电信性能突出，高温力学性能优越。
本发明的技术方案如下：
一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构，其特征是，它由一个蒙皮层、七层梯度过渡层和一个芯层组成。所述的蒙皮层为致密氮化硅陶瓷层，其厚度为0.15mm；所述的芯层为多孔氮化硅陶瓷层，其气孔率最高，为48.6%，且厚度为2.29mm；所述的七层梯度过渡层为多孔氮化硅陶瓷层，其气孔率由最外层向最里层按照指数为0.5的方式依次递增，且每层的厚度相等，为0.83mm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本发明所述的梯度多孔氮化硅天线罩结构，其梯度多孔陶瓷层的孔隙率由最外层向最里层依次递增，这种梯度结构设计可以有效降低在DC-100GHz范围内电磁波的功率反射率，从而实现宽频透波性能。同时，这种梯度结构设计可以有效降低透波结构在内外表面温差为1400摄氏度下产生的热应力，从而有效提高天线罩结构的高温力学性能。本发明的梯度多孔氮化硅天线罩结构的电信性能突出，高温力学性能优越。
附图说明
图1是本发明提供的高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构的示意图。
1-蒙皮层；2-梯度过渡层；3-芯层
图2显示了图1的天线罩结构的透射率T与频率f的关系。
图3显示了图1的天线罩结构在内外表面温差为1400摄氏度下的热应力与应力强度之比σ/σF的分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明提供的一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构的示意图，它由蒙皮层1、七层梯度过渡层2和芯层3构成。
所述的高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构，可以按如下步骤进行设计：
（1）选取介电常数为5.6的致密氮化硅陶瓷作为所述的蒙皮层1的构成材料，其厚度取为0.15mm。
（2）所述的七层梯度过渡层2由多孔氮化硅陶瓷构成，其气孔率由外向里按照指数为0.5的方式依次递增，且每层的厚度均为0.83mm。
（3）所述的芯层3由多孔氮化硅陶瓷构成，其气孔率选为48.6%，其厚度选为2.29mm。
（4）所述的多孔氮化硅陶瓷层可用热压法并且通过添加适量的成孔剂烧制而成。各层之间可用粘接剂粘结在一起，形成如图1所示的九层结构。
图2显示了图1的天线罩结构的透射率T与频率f的关系。从图中可以看到所述的一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构在DC-100GHz频段内具有高于0.7的透射率的性能，且在绝大部分频段内透射率能达到0.75的水平。
图3显示了图1的天线罩结构在内外表面温差为1400摄氏度下的热应力与应力强度之比σ/σF的分布图。其中σ为热应力，σF为应力强度，z=0mm为结构的蒙皮层上表面，z=-8.25m为结构的芯层的下表面。从图中可以看到所述的一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构的热应力与应力强度之比σ/σF在整个结构里均在-1.0到1.0之间的范围，结构能够满足高达1400摄氏度超高温环境下的高温力学要求。
Claims (6)
1.一种高温宽频梯度多孔氮化硅天线罩结构，其特征是，所述天线罩结构由一个蒙皮层、七层梯度过渡层和一个芯层组成；所述的蒙皮层为致密氮化硅陶瓷层，其厚度为0.15mm；所述的芯层为多孔氮化硅陶瓷层，其气孔率最高，为48.6%，且厚度为2.29mm；所述的七层梯度过渡层为多孔氮化硅陶瓷层，其气孔率由最外层向最里层按照指数为0.5的方式依次递增，且每层的厚度相等，为0.83mm。
2.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，选取介电常数为5.6的致密氮化硅陶瓷作为所述的蒙皮层的构成材料。
3.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的多孔氮化硅陶瓷层用热压法并且通过添加适量的成孔剂烧制而成。
4.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的蒙皮层和七层梯度过渡层各层之间用粘接剂粘结在一起。
5.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的天线罩结构在DC-100GHz频段内具有高于0.7的透射率的性能。
6.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的天线罩结构在内外表面温差为1400摄氏度下的热应力与应力强度之比在-1.0到1.0之间。
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