CN102969566A - 一种对称多层多频段天线罩结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种对称多层多频段天线罩结构及制备方法。所述的对称多层天线罩结构，其非中间介电层的介电常数和厚度按照四分之一波长匹配层设计，这种结构的设计方法简单，容易实现多频段透波功能。结构的电信设计频率可以任意选取，其通频带的中心频率为结构电信设计频率的奇数倍，且在通频带内带宽大且电磁波的功率透射率优异，结构电信可设计性强。本发明所述的天线罩结构的中间介电层的厚度可以根据实际服役环境对结构的刚度、强度等力学性能的要求进行设计。本发明的透波结构设计简单，电信可设计性强，而且能够满足不同服役环境下对结构力学性能的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种在厘米波和毫米波频段实现多频段透波功能的对称多层天线罩结构，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。因此，天线罩的结构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结构刚度、强度等力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种对称多层多频段天线罩结构，它能够实现在厘米波和毫米波频段的多频段透波功能，通频带的中心频率为结构电信设计频率的奇数倍，且在通频带内带宽大且功率透射率优异，同时它可以通过调节中间介电层的厚度，从而满足实际服役环境对结构刚度、强度等力学性能的要求。本发明的透波结构设计简单，电信可设计性强，而且能够满足不同服役环境下对结构力学性能的要求。
本发明的技术方案如下：
一种对称多层多频段天线罩结构,它由大于或等于五的奇数层介电层构成。所述的介电层由中间介电层和非中间介电层组成。
所述的中间介电层介电常数最高，其厚度可以根据实际服役环境对其力学性能的要求进行设计。
优选的，所述的中间介电层的具体厚度可以在结构电信设计频率的一倍波长以内的范围选取。
所述的非中间介电层在中间介电层两边对称分布，其介电常数和电气厚度按照四分之一波长阻抗变换器进行设计。
并且，所述天线罩结构的电信设计频率可以任意选取，其通频带的中心频率为结构电信设计频率的奇数倍。
本发明同时提供所述对称多层多频段天线罩结构的制备方法，包括如下步骤：
一种对称多层多频段天线罩结构的制备方法，包括如下步骤：
（1）根据需要选取结构电信设计频率f；
（2）选择具有合适厚度和合适介电常数的中间介电层材料；
（3）按照四分之一波长阻抗变换器的设计方法，分别选取合适介电常数的材料作为非中间介电层，所述非中间介电层至少包括两层，并且各层在中间介电层两边对称分布（即，至少形成5层结构）；所述的非中间介电层的厚度均按照材料中频率f电磁波的波长的四分之一进行设计；
（4）将各层之间用粘接剂粘结在一起，形成对称多层多频段天线罩结构。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本发明所述的对称多层天线罩结构，其非中间介电层的介电常数和厚度按照四分之一波长匹配层设计，这种结构的设计方法简单，容易实现多频段透波功能。结构的电信设计频率可以任意选取，其通频带的中心频率为结构电信设计频率的奇数倍，且在通频带内带宽大且电磁波的功率透射率优异，结构电信可设计性强。本发明所述的天线罩结构的中间介电层的厚度可以根据实际服役环境对结构的刚度、强度等力学性能的要求进行设计。优选的，具体的厚度可以在结构电信设计频率的一倍波长以内的范围选取，这样既能保证不影响结构的多频段透波功能，同时也能提供足够的力学性能，能够满足需要同时具有承载和多频段透波功能的天线罩结构的要求。本发明的透波结构设计简单，电信可设计性强，而且能够满足不同服役环境下对结构力学性能的要求。
附图说明
图1是本发明提供的一种对称多层多频段天线罩结构的一个实施例1的五层结构示意图。
11-中间介电层；12-第一介电层；13-第二介电层。
图2是本发明提供的一种对称多层多频段天线罩结构的一个实施例2的七层结构示意图。
21-中间介电层；22-第一介电层；23-第二介电层；24-第三介电层。
图3显示了实施例1的天线罩结构的透射率T（%）与频率f的关系。
图4显示了实施例2的天线罩结构的透射率T（%）与频率f的关系。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：
图1为本发明提供的一种对称多层多频段透波结构的一个实施例的五层结构示意图，它由一个中间介电层11、两个第一介电层12以及两个第二介电层13构成。
所述的对称多层多频段透波结构的五层结构，按如下步骤进行设计：
（1）选取20GHz作为结构电信设计频率（结构设计频率可以根据需求任意选取）。
（2）选择致密氮化硅陶瓷作为所述的中间介电层11的材料，其介电常数为8.0，其厚度可以根据实际服役环境对整体结构刚度、强度等力学性能的要求在0到5.3mm之间的范围进行择优选择。为提高力学性能，优选的可以选择5.3mm作为所述的中间介电层11的厚度。
（3）按照四分之一波长阻抗变换器的设计方法，应该选取介电常数为4.0的材料作为所述的第一介电层12的构成材料，选取介电常数为2.0的材料作为所述的第二介电层13的构成材料。所述的第一介电层12和第二介电层13的厚度均按照材料中20GHz频率电磁波的波长的四分之一进行设计。其构成材料均可以选择多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基复合材料中的一种或者几种组合。
（4）各层之间可用粘接剂粘结在一起，形成如图1所示的五层结构。
图3显示了实施例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实施例1的结构的通频带中心为20GHz的奇数倍，且每个通带内均有28.9GHz的带宽，透波性能优异。
实施例2：
图2为本发明提供的一种对称多层多频段透波结构的一个实施例的七层结构示意图，它由一个中间介电层21、两个第一介电层22、两个第二介电层23以及两个第三介电层24构成。
所述的一种对称多层多频段透波结构的七层结构，按如下步骤进行设计：
（1）选取15GHz作为结构电信设计频率（结构设计频率可以根据需求任意选取）。
（2）所述的中间介电层21的材料可选择实施例1所述的中间介电层11的构成材料。优选的，其厚度应选取为7.1mm。
（3）按照四分之一波长阻抗变换器的设计方法，应该选取介电常数为4.8的材料作为所述的第一介电层22的构成材料，选取介电常数为2.8的材料作为所述的第二介电层23的构成材料，选取介电常数为1.7的材料作为所述的第三介电层24的构成材料。所述的第一介电层22、第二介电层23和第三介电层24的厚度均按照材料中15GHz频率电磁波的波长的四分之一进行设计。其构成材料均可以选择多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基复合材料中的一种或者几种组合。
（4）各层之间可用粘接剂粘结在一起，形成如图2所示的七层结构。
图4显示了实施例2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实施例2的结构的通频带中心为15GHz的奇数倍，且每个通带均有22.46GHz的带宽。
本发明的实施例仅为解释而非限制本发明，例如，材料的选择并不限于实施例所述，其他满足介电常数、强度刚度等的合适材料都是可以采用的。
Claims (10)
1.一种对称多层多频段天线罩结构,其特征是，所述天线罩结构由大于或等于五的奇数层介电层构成；所述的介电层由中间介电层和非中间介电层组成；所述的中间介电层介电常数最高。
2.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述中间介电层的厚度根据实际服役环境对其力学性能的要求进行设计。
3.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的中间介电层的厚度在结构电信设计频率的一倍波长以内的范围选取。
4.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的非中间介电层在中间介电层两边对称分布，其介电常数和电气厚度按照四分之一波长阻抗变换器进行设计。
5.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的天线罩结构的电信设计频率可以任意选取，其通频带的中心频率为结构电信设计频率的奇数倍。
6.如权利要求1所述的天线罩结构，其特征是，所述的中间介电层材料为致密氮化硅陶瓷；所述的非中间介电层的构成材料为多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基复合材料中的一种或者几种组合。
7.一种对称多层多频段天线罩结构的制备方法，包括如下步骤：
（1）根据需要选取结构电信设计频率f；
（2）选择具有合适厚度和合适介电常数的中间介电层材料；
（3）按照四分之一波长阻抗变换器的设计方法，分别选取合适介电常数的材料作为非中间介电层，所述非中间介电层至少包括两层，并且各层在中间介电层两边对称分布；所述的非中间介电层的厚度均按照材料中频率f电磁波的波长的四分之一进行设计；
（4）将各层之间用粘接剂粘结在一起，形成对称多层多频段天线罩结构。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是，所述的中间介电层的厚度在结构电信设计频率的一倍波长以内的范围选取。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征是，所述的中间介电层材料为致密氮化硅陶瓷；所述的非中间介电层的构成材料为多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基复合材料中的一种或者几种组合。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征是，其特征是，所述的电信设计频率f可以任意选取，其通频带的中心频率为结构电信设计频率的奇数倍。
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