CN104638377B - 一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法，涉及开孔龙伯透镜天线的制造技术领域。开孔结构形式龙伯透镜加工的主要过程包括以下步骤：通过电磁软件仿真，设计开孔结构形式龙伯透镜的口径、沿径向的分层数、每层开孔的数量、孔的形状等参数；根据设计好的参数，采用大型3D软件完成开孔结构形式龙伯透镜天线的建模；将建成的模型导入3D打印设备，采用3D打印技术制备开孔结构形式龙伯透镜。本发明加工精确高、效率高、成本低、不存在空隙层的影响，特别适用于开孔龙伯透镜的整体加工。

Description

一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法

技术领域

本发明涉及开孔龙伯透镜天线的制造技术领域，具体涉及一种高精确、高效率、低成本的天线加工方法，适用于开孔结构形式的龙伯透镜的整体制造。

背景技术

随着卫星通信技术、雷达导航技术、宇航通信、遥测遥感等技术的快速发展，各类型天线得到了长足的发展。其中龙伯透镜天线以其扫描范围角宽、频带宽、馈电网络简单、造价成本低等特点，得到了广泛地关注。龙伯透镜天线是一种球对称介质延迟透镜，其折射率随半径改变而变化，能将入射平面波汇聚至球面对径位置焦点处，透镜表面每一个点都是焦点，可在透镜表面安放多个馈源，实现多波束的使用，克服了多波束抛物面天线中馈源偏焦导致的增益损失问题，适合多址通信场合。

目前，开孔结构形式的龙伯透镜天线制备工艺是机械加工，主要是按照一定的打孔规则在不同的介质层上钻孔，通过空气和混合介质的等效介电常数在整体上达到所需的介电常数，从而实现龙伯透镜天线的成形。但机械加工法孔的定位和加工难度大，且孔的数目较多，存在形变和机械强度不够等问题，各分组件间物理牢固性低。此外，该方法不可避免的需要沿径向分层加工，层与层之间的空隙层不可避免，空隙层处对电气性能的影响巨大，严重降低了天线的整体性能。因此目前现有的龙伯透镜天线加工技术无法满足其要求，严重制约了其发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种开孔结构形式龙伯透镜天线的加工方法，该方法加工精确高、效率高、成本低、不存在空隙层的影响，特别适用于开孔龙伯透镜的整体加工。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

S1、通过电磁软件仿真，设计开孔结构形式龙伯透镜的机械参数；

S2、根据设计好的参数，采用大型3D软件完成开孔结构形式龙伯透镜天线的建模；

S3、将建成的模型导入3D打印设备，根据模型数据量的大小来判断3D加工软件能否处理；如果能处理，则转入步骤S7；否则，执行步骤S4；

S4、用3D加工软件将导入的模型沿径向分瓣；

S5、将分瓣后的模型用3D加工软件进行横向分层处理，并在相邻两分瓣的接触面处预留出收缩余量；

S6、将分层后的所有分瓣按照整体模型的形式拼装在一起，并将相邻两瓣接触面处预留出的收缩余量重合；

S7、采用3D打印技术对模型进行3D打印加工；

完成开孔结构形式龙伯透镜的加工。

其中，所述步骤S1中，电磁软件采用通用的电磁仿真软件CST、HFSS、EMC Studio、Feko或ANSYS。

其中，所述开孔结构形式龙伯透镜的孔的截面形式为多边形或圆形，每层孔结构从外向内为柱形或锥形结构。

其中，所述步骤S2中，大型3D软件为商用软件ProE、UG、CATIA、AutoCAD或SolidWorks。

其中，所述步骤S7中，3D打印技术为光固化成型技术、选择性激光烧结、熔融堆积成型或立体打印。

一般模型的存储数据量在100兆以下，3D加工软件可加工；而存储数据量超过100兆，则3D加工软件无法处理。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

(1)本发明以电磁软件进行电气仿真，确定开孔龙伯透镜的口径大小、分层数、开孔数量、孔大小及形状；

(2)采用3D打印技术制备开孔结构形式的龙伯透镜，避免了常规机械加工方法中存在的定位难，易变形、精度差、机械强度低、空隙层降低电气性能等问题。

(3)3D打印技术制备开孔结构形式龙伯透镜加工周期短，可节约80％以上的时间，加工成本低，实现了开孔结构形式龙伯透镜高精确、高效率、低成本的加工。

(4)针对大数据量模型需要分瓣3D打印的情况，本发明采用相邻两分瓣的接触面多制造0.2-0.8mm，以抵消3D加工过程中的收缩变形，然后将所有分瓣按照整体形式堆放在一起，将每瓣多余0.2-0.8mm部分与相邻的重合，加工从而实现模型的整体加工，减少了因分瓣带来的对模型外形尺寸、电气性能的影响。

(5)本发明无需模具、精确度高、效率高、加工工艺简单、调整方便、价格成本低廉、性能稳定可靠、生产环境易于实现等特点，降低了操作人员劳动强度，改善了工作环境，减少了安全隐患。根据本方法制造的开孔结构形式龙伯透镜天线，适用于开孔结构形式的龙伯透镜的高精确、高效率、低成本的整体制造。

附图说明

图1是本发明制备的开孔结构形式龙伯透镜示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种开孔结构形式龙伯透镜天线的加工方法，包括以下步骤：

S1、通过电磁软件仿真，设计开孔结构形式龙伯透镜的口径、沿径向的分层数、每层开孔的数量、孔的形状等参数；

实施例通过电磁软件CST完成仿真设计，采用聚苯乙烯材料，其尺寸为直径700mm的半球，沿径向共分为七层，每层开孔数如表1所示，开孔为六角形结构，每层外侧的六角形孔内切圆直径为5.2mm，内侧六角孔内切圆直径见表1。

表1龙伯透镜每层结构的参数设计

S2、根据设计好的参数，采用大型3D软件ProE完成开孔结构形式龙伯透镜天线的建模；

S3、将ProE设计好的模型导入3D打印设备中，采用3D打印技术制备开孔结构形式龙伯透镜；

其中，通常采用3D打印技术加工龙伯透镜的第七层时需要沿径向分成8瓣，每瓣夹角为45°；第五、六两层分为4瓣，每瓣夹角为90°；第三、四两层分为2瓣，每瓣夹角为180°，第一、二两层不用分瓣；将分瓣后的模型用3D加工软件进行分层处理，并在相邻两分瓣的接触面处多制造0.2-0.8mm；将分层后的所有分瓣按照整体模型的形式拼装在一起，并将每个分瓣接触面处多制造的0.2-0.8mm部分与相邻分瓣多制造的0.2-0.8mm部分重合；将拼装好的所有分瓣采用3D打印技术进行整体3D打印加工；从而实现模型的整体加工，减少了因分瓣带来的对模型外形尺寸、电气性能的影响。实现开孔结构形式龙伯透镜天线的制备。

Claims (5)

1.一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：

S1、通过电磁软件仿真，设计开孔结构形式龙伯透镜的机械参数；

S2、根据设计好的参数，采用大型3D软件完成开孔结构形式龙伯透镜天线的建模；

S3、将建成的模型导入3D打印设备，根据模型数据量的大小来判断3D加工软件能否处理；如果能处理，则转入步骤S7；否则，执行步骤S4；

S4、用3D加工软件将导入的模型沿径向分瓣；

S5、将分瓣后的模型用3D加工软件进行横向分层处理，并在相邻两分瓣的接触面处预留出收缩余量；

S6、将分层后的所有分瓣按照整体模型的形式拼装在一起，并将相邻两分瓣接触面处预留出的收缩余量重合；

S7、采用3D打印技术对模型进行3D打印加工；

完成开孔结构形式龙伯透镜的加工。

2.根据权利要求1所述的一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法，其特征在于：所述步骤S1中，电磁软件采用通用的电磁仿真软件CST、HFSS、EMC Studio、Feko或ANSYS。

3.根据权利要求1所述的一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法，其特征在于：所述开孔结构形式龙伯透镜的孔的截面形式为多边形或圆形，每层孔结构从外向内为柱形或锥形结构。

4.根据权利要求1所述的一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，大型3D软件为商用软件ProE、UG、CATIA、AutoCAD或SolidWorks。

5.根据权利要求1所述的一种开孔结构形式龙伯透镜的加工方法，其特征在于：所述步骤S7中，3D打印技术为光固化成型技术、选择性激光烧结、熔融堆积成型或立体打印。