CN102931483A - 一种高温宽频对称梯度多孔氮化硅天线罩结构 - Google Patents

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周立成
方岱宁
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Abstract

本发明公布了一种高温宽频对称梯度多孔氮化硅天线罩结构。其梯度多孔氮化硅陶瓷层的气孔率由最外层和最里层向中间依次递增，这种梯度结构设计可以有效降低在1-100GHz范围内电磁波的功率反射率，从而实现宽频透波性能。其内外蒙皮为致密氮化硅陶瓷层，具有较高的刚度、强度等力学性能。这种梯度结构设计同时可以有效降低透波结构在内外表面温差为1400摄氏度下的产生的热应力，从而有效提高透波结构的高温力学性能。本发明的对称梯度多孔氮化硅天线罩结构的电信性能突出，强度、刚度及高温力学性能优越。

Description

一种高温宽频对称梯度多孔氮化硅天线罩结构
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1-100GHz范围内实现宽频透波的对称梯度多孔氮化硅天线罩结构，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对称梯度多孔氮化硅天线罩结构，它由对称的梯度多孔氮化硅陶瓷层构成，且气孔率由最外层和最里层向中间依次递增。这种结构设计既能够有效减少电磁波的功率反射率，从而实现结构在1-100GHz范围内的宽频透波性能。同时这种多层结构具有较好的刚度和强度性能，同时对称梯度多孔的结构设计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。本发明的对称梯度多孔氮化硅天线罩结构的电信性能突出，强度、刚度及高温力学性能优越。
本发明的技术方案如下：
一种高温宽频对称梯度多孔氮化硅天线罩结构，它由最外层和最里层的蒙皮层，以及多层梯度过渡层组成。所述的天线罩结构的总厚度为8.5mm。所述的蒙皮层和梯度过渡层每层的厚度均相等。所述的最外层和最里层的蒙皮为致密氮化硅陶瓷层。所述的梯度过渡层为多孔氮化硅陶瓷层，其总层数应大于100层，其中间层的气孔率为81%，其气孔率的分布由两边向中间按照指数为0.09的方式依次递增。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本发明所述的一种高温宽频对称梯度多孔氮化硅天线罩结构，其梯度多孔氮化硅陶瓷层的气孔率由最外层和最里层向中间依次递增，这种梯度结构设计可以有效降低在1-100GHz范围内电磁波的功率反射率，从而实现宽频透波性能。其内外蒙皮为致密氮化硅陶瓷层，具有较高的刚度、强度等力学性能。这种梯度结构设计同时可以有效降低透波结构在内外表面温差为1400摄氏度下的产生的热应力，从而有效提高透波结构的高温力学性能。本发明的对称梯度多孔氮化硅天线罩结构的电信性能突出，强度、刚度及高温力学性能优越。
附图说明
图1是本发明提供的天线罩结构的示意图。
其中：1-蒙皮层；2-梯度过渡层
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对称梯度多孔氮化硅天线罩结构的示意图，它由蒙皮层1和多层梯度过渡层2构成。
所述的高温宽频对称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8.0的致密氮化硅陶瓷作为所述的内外表面的蒙皮层1的构成材料，选取介电常数为2.0的多孔氮化硅陶瓷作为所述的梯度过渡层2的中间层的构成材料，其气孔率为81%。
（2）所述的梯度过渡层2的气孔率由中间向两边依次递减，并且气孔率按照指数为0.09的方式递增。
（3）所述的蒙皮层1和梯度过渡层2的各个介电层的厚度均相等。
（4）所述的天线罩结构的总厚度应为8.5mm。
（5）所述的梯度过渡层2的层数选为498层（大于100层即可），从而能够满足气孔率在结构中平滑分布。
（6）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所示的对称梯度多孔天线罩结构。
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对称梯度多孔氮化硅天线罩结构在1-100GHz频段内基本达到了0.7的透射率的性能，满足了宽频透波的功能。
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，d为天线罩整体厚度，z/d为无量纲化的位置坐标，z/d=0为结构的最外表面，z/d=-1为结构的最里表面。从图中可以看到所述的高温宽频对称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 (8)

1.一种高温宽频对称梯度多孔氮化硅天线罩结构，其特征是，所述天线罩结构由最外层和最里层的蒙皮层，以及多于100层的梯度过渡层组成；所述的天线罩结构的总厚度为8.5mm；所述的蒙皮层和梯度过渡层每层的厚度均相等；所述的蒙皮层为致密氮化硅陶瓷层；所述的梯度过渡层为多孔氮化硅陶瓷层，其中间层的气孔率为81%，其气孔率的分布由两边向中间按照指数为0.09的方式依次递增。
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8.0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，选取介电常数为2.0的多孔氮化硅陶瓷作为所述的梯度过渡层的中间层的构成材料。
4.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的梯度过渡层的层数选为498层。
5.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。
6.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述蒙皮层和梯度过渡层各层之间用粘接剂粘结在一起。
7.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述天线罩结构在1-100GHz频段内的透射率为0.7。
8.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述天线罩结构内外表面温差为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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