CN105720372A - 一种缝隙共形天线及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种缝隙共形天线，包括纤维、树脂和通孔，其中，所述纤维在所述缝隙共形天线中是连续的，且所述纤维围绕所述通孔设置以使所述纤维在所述缝隙共形天线中是连续的。本发明通过在导电碳纤维编织成的纤维布中形成具有特定形状和分布的镂空网眼，随后将纤维布浸入树脂胶膜制得预浸料，固化形成基板后，在纤维布的镂空网眼的位置进行开孔形成缝隙，制得缝隙共形天线，本发明在制造预浸料的过程中就通过纤维布中网眼的分布形成天线的天然雏形，与通过机械加工开缝的方法相比，在缝隙处的碳纤维不会被截断，使得整个碳纤维基板的力学强度不受缝隙影响，使其更加适用于对天线基板强度要求较高的领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种缝隙共形天线及其制造方法。
背景技术
缝隙天线是在导体面上开缝形成的天线，也称为开槽天线。典型的缝隙形状是长条形的，长度约为半个波长。缝隙可用跨接在它窄边上的传输线馈电，也可由波导或谐振腔馈电。这时，缝隙上激励有射频电磁场，并向空间辐射电磁波。
缝隙天线一般用于微波波段的雷达、导航、电子对抗和通信等设备中，并因能制成共形结构，即共形天线。共形天线通常指一个非平面的、与特定物体形状共形的天线，因而特别适宜于用在高速飞行器上。由于纤维基复合材料，尤其是碳纤维基复合材料具有轻质、高强度、高刚度、高精度、耐腐蚀、耐疲劳、减振性好等特点，因此被应用于制造缝隙共形天线。
通常通过在基板上使用机械加工开缝的方法来制造缝隙天线。在某些特定领域中对共形天线的强度有一定的要求，采用上述的制作方式在缝隙天线处中开缝时纤维将会被截断，从而导致在最后加工成型的缝隙天线中，整个纤维基板的力学强度受缝隙的较大影响。
发明内容
为了解决使用机械加工开缝的方法来制造缝隙天线时在缝隙处碳纤维被截断从而使得整个纤维基板的力学强度受缝隙的影响较大的问题。
本发明提供了一种缝隙共形天线，包括导电碳纤维、树脂以及通孔，其中，纤维在缝隙共形天线中是连续的，且纤维围绕通孔设置以使纤维在缝隙共形天线中是连续的。
在上述缝隙共形天线中，优选地，树脂为热固性树脂。
在上述缝隙共形天线中，优选地，热固性树脂包括氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚氨酯树脂及它们的改性树脂体系或混合体系。
在上述缝隙共形天线中，优选地，纤维层为导电纤维。
在上述缝隙共形天线中，优选地，导电纤维为导电碳纤维、金属化合物型纤维、聚乙炔纤维、聚苯胺纤维、聚吡咯纤维或聚噻吩纤维
在上述缝隙共形天线中，优选地，纤维的重量占缝隙共形天线重量的45％至70％，并且树脂的重量占缝隙共形天线重量的30％至55％。
在上述缝隙共形天线中，优选地，树脂的重量占缝隙共形天线重量的33％。
在上述缝隙共形天线中，优选地，缝隙共形天线进一步包括固化剂，固化剂重量为树脂总质量的0.05％至3.50％。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造缝隙共形天线的方法，包括：使用编织机制得具有镂空网眼的纤维布；将树脂与固化剂混合，采用滚涂法形成树脂胶膜；采用热熔法，用树脂胶膜浸润纤维布，从而制得预浸料；将预浸料进行固化以形成基板；以及在纤维布的镂空网眼的位置进行开孔以形成通孔，从而形成缝隙共形天线，其中，纤维在缝隙共形天线中是连续的，并且纤维围绕通孔设置以使纤维在缝隙共形天线中是连续的。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，树脂重量占预浸料总量的30％至55％。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，树脂为热固性树脂，包括氰酸酯、环氧树脂、双马树脂或聚氨酯树脂。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，在制备预浸料的步骤中，纤维的重量占预浸料总量的45％至70％。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，纤维为导电的高强度纤维，包括导电碳纤维、金属化合物型纤维、聚苯胺纤维、聚吡咯纤维或聚噻吩纤维。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，还包括在形成缝隙共形天线的步骤之后，将缝隙共形天线蒙皮化。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，固化剂的重量占树脂总质量的0.05％至3.50％。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，在0.1MPa到1MPa的压力范围内，实施采用热熔法，用树脂胶膜浸润纤维布，从而制得预浸料的步骤。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，在制得预浸料之后，采用真空袋固化或热压罐固化以形成基板。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，真空袋固化压力为0.1MPa。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，热压罐固化的压力为0.2MPa到1.5MPa。
在上述制造缝隙共形天线的方法中，优选地，在形成树脂胶膜的步骤中，使用真空搅拌器将树脂与固化剂混合
本发明在制造预浸料的过程中就通过纤维布中网眼的分布形成天线的天然雏形，与通过机械加工开缝的方法相比，在缝隙处的碳纤维不会被截断，使得解决了整个碳纤维基板的力学强度受缝隙的影响较大的技术问题，本发明制作的缝隙共形天线在缝隙天线处的纤维不会被截断，因此最后加工成缝隙天线后，整个纤维基板的力学强度不受缝隙影响。
附图说明
图1是根据本发明实施例的用于制造缝隙共形天线的方法的流程图。
图2是根据本发发明实施例的缝隙共形天线的通孔的截面图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
缝隙共形天线的制造方法
如图1的步骤S101所示，使用编织机制得具有镂空网眼的纤维布。该纤维布中的网眼的形状及分布与所要制造的缝隙共形天线的缝隙的形状及分布相对应，且网眼的尺寸大于缝隙共形天线的缝隙的截面尺寸。在随后的步骤中，在网眼的位置开孔而形成的通孔即为最终制得的缝隙共形天线的缝隙。所使用的纤维为高强度的导线纤维，导电纤维为导电碳纤维；金属化合物型纤维；聚苯胺纤维、聚吡咯纤维、聚噻吩纤维等高分子型导电纤维等，也可以为其他导电纤维。所使用的导电纤维优选为导电碳纤维。
如图1的步骤S103所示，将树脂与固化剂混合，采用滚涂法形成树脂胶膜。在步骤S101中所使用的树脂为热固性树脂，包括氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂或聚氨酯树脂及它们的改性树脂体系或混合体系等，也可为其他热固性树脂。所使用的树脂优选为环氧树脂或氰酸酯树脂。所使用的固化剂为与相应树脂所对应的固化剂，如双氰胺等胺类固化剂以及有机锡化合物等，且固化剂的用量占树脂总量的0.05％(重量)至3.50％(重量)。在步骤S101中，在65℃至90℃的范围内，用滚涂法形成树脂胶膜中，其中滚涂的速度为1m/s至6m/s。
如图1的步骤S105所示，采用热熔法，用树脂胶膜浸润纤维布，从而制得预浸料。其中，纤维布中具有分布不均匀的纤维。在105℃到145℃的温度范围内以及0.1MPa到1MPa的压力范围下，采用热熔法将纤维布的两面浸入树脂胶膜中，浸润后，纤维布的网眼中填充有树脂。在浸润的过程中，纤维布的移动速度为2m/s到6m/s。在浸润后制得的预浸料中，树脂的含量占预浸料总量的30％(重量)至55％(重量)，纤维占预浸料总量的45％(重量)至70％(重量)。
如图1的步骤S107所示，将预浸料进行固化以形成基板。在步骤S107中，保证预浸料的上下对齐，采用真空袋固化或热压罐固化制得基板。其中，在使用热压罐固化的实施例中，热压罐固化的压力为0.2MPa到1.5MPa；在使用真空袋固化的实施例中，真空袋固化的压力为0.1MPa。在步骤107中，在110℃到220℃范围内，采用上述真空袋固化或热压罐固化1h到7h形成基板。
如图1的步骤S109所示，在纤维布的镂空网眼的位置进行开孔以形成通孔，从而形成缝隙共形天线。在步骤S109中，在纤维形成的网眼的位置处进行开孔，形成的通孔的截面尺寸小于纤维布中的网眼的尺寸，通孔仅穿透网眼中的树脂，即在树脂中形成通孔，此通孔即为缝隙共形天线的缝隙。在该步骤中，开孔时纤维所在网眼的位置可根据纤维布在编制过程中网眼所在的具体坐标，或通过超声波、X射线等技术手段确定。如图2所示，虽然在本发明的实施例中示出的通孔的截面类似哑铃型，即由两个圆孔1以及连通两个圆孔的狭缝2组成，但是本领域普通技术人员应该清楚，可以根据实际需要将通孔中的孔的截面可设计为圆形、椭圆形或正方形等。纤维围绕通孔分布，所以纤维不会被截断。与直接在纤维基板上进行机械加工开缝的方法相比，由于采用该方法形成的缝隙共形天线在缝隙处的纤维未被截断，因此纤维基板的力学强度不受缝隙影响。
实施例1
采用编织机将导电碳纤维编织成带有镂空网眼的纤维布，网眼的形状与将要制造的天线的通孔即缝隙相对应，且网眼的尺寸大于所要制造的缝隙共形天线的缝隙的尺寸，以便随后在网眼对应的位置处开孔时不穿过网眼边缘的碳纤维。将99.90g的环氧树脂与0.10g的双氰胺固化剂在真空搅拌器中搅拌混合均匀，在温度为80℃，滚涂速度为3m/s的条件下，采用滚涂法形成树脂胶膜。在105℃条件下，采用热熔法，用树脂胶膜浸润碳纤维布的两面从而制得预浸料，浸润后，碳纤维布的网眼中填充有环氧树脂；在浸润的过程中，浸润的压力为0.1Mpa，碳纤维布的移动速度为3m/s。制得预浸料后，保证预浸料上下对齐，在温度为150℃、压力为0.1Mpa的条件下，采用真空袋固化2h，形成基板。随后在纤维布的镂空网眼位置处进行开孔，即在碳纤维形成的网眼中开孔以形成通孔(即缝隙)，制得缝隙共形天线，其中通孔仅穿透网眼中的树脂，通孔的截面类似哑铃型，包括圆孔1和狭缝2，并且以两个并列圆孔1以及连通两个圆孔1的狭缝2为单元彼此成行地排列，如图2所示。
实施例2
采用编织机将导电碳纤维编织成带有镂空网眼的纤维布，网眼的形状与将要制造的天线的通孔即缝隙相对应，且网眼的尺寸大于所要制造的缝隙共形天线的缝隙的尺寸，以便随后在网眼对应的位置处开孔时不穿过网眼边缘的碳纤维。将99.95g的环氧树脂与0.05g的双氰胺固化剂在真空搅拌器中搅拌混合均匀，在温度为65℃，滚涂速度为6m/s的条件下，采用滚涂法形成树脂胶膜。在110℃条件下，用树脂胶膜浸润碳纤维布的两面从而制得预浸料，浸润后，碳纤维布的网眼中填充有环氧树脂；在浸润的过程中，浸润的压力为0.5Mpa，碳纤维布的移动速度为2m/s。制得预浸料后，保证预浸料上下对齐，在温度为140℃、压力为0.5Mpa的条件下，采用热压罐固化2h，形成基板。随后在基板中纤维布的网眼所在位置处进行开孔，即在碳纤维形成的镂空网眼中开孔以形成具有椭圆形截面的通孔(即缝隙)，制得缝隙共形天线，其中该通孔仅穿透基板中的树脂。
实施例3
采用编织机将导电碳纤维编织成带有镂空网眼的纤维布，网眼的形状与将要制造的天线的通孔即缝隙相对应，且网眼的尺寸大于所要制造的缝隙共形天线的缝隙的尺寸，以便随后在网眼对应的位置处开孔时不穿过网眼边缘的碳纤维。将96.50g的环氧树脂与3.50g的双氰胺固化剂在真空搅拌器中搅拌混合均匀，在温度为90℃，滚涂速度为1m/s的条件下，采用滚涂法形成树脂胶膜。在145℃条件下，采用热熔法，用树脂胶膜浸润碳纤维布的两面从而制得预浸料，浸润后，碳纤维布的网眼中填充有环氧树脂；在浸润的过程中，浸润的压力为1Mpa，碳纤维布的移动速度为6m/s。制得预浸料后，保证预浸料上下对齐，在温度为180℃、压力为1.5Mpa的条件下，采用热压罐固化2h，形成基板。随后在基板中的纤维布的网眼所在位置处进行开孔，即在碳纤维形成的镂空网眼中开孔以形成通孔(即缝隙)，制得缝隙共形天线，其中该通孔仅穿透基板中的树脂，通孔的截面为方形。
实施例4
采用编织机将导电碳纤维编织成带有镂空网眼的纤维布，网眼的形状与将要制造的天线的通孔即缝隙相对应，且网眼的尺寸大于所要制造的缝隙共形天线的缝隙的尺寸，以便随后在网眼对应的位置处开孔时不穿过网眼边缘的碳纤维。将98.00g的环氧树脂与2.00g的有机锡化合物固化剂在真空搅拌器中搅拌混合均匀，在温度为90℃，滚涂速度为2m/s的条件下，采用滚涂法形成树脂胶膜。在120℃条件下，采用热熔法，用树脂胶膜浸润碳纤维布的两面从而制得预浸料，浸润后，碳纤维布的网眼中填充有环氧树脂；在浸润的过程中，浸润的压力为0.8Mpa，碳纤维布的移动速度为4m/s。制得预浸料后，保证预浸料上下对齐，在温度为220℃、压力为0.1Mpa的条件下，采用真空袋固化1h，形成基板。随后，在基板中的纤维布的网眼所在位置处进行开孔，即在碳纤维形成的镂空网眼中开孔以形成通孔(即缝隙)，制得缝隙共形天线，其中该通孔仅穿透基板中的树脂，通孔的截面为圆形。
实施例5
采用编织机将导电碳纤维编织成带有镂空网眼的纤维布，网眼的形状与将要制造的天线的通孔即缝隙相对应，且网眼的尺寸大于所要制造的缝隙共形天线的缝隙的尺寸，以便随后在网眼所在位置处开孔时不穿过网眼边缘的碳纤维。将98.00g的氰酸酯树脂与2.00g的有机锡化合物固化剂在真空搅拌器中搅拌混合均匀，在温度为90℃，滚涂速度为2m/s的条件下，采用滚涂法形成树脂胶膜。在130℃条件下，采用热熔法，用树脂胶膜浸润碳纤维布的两面从而制得预浸料，浸润后，碳纤维布的网眼中填充有环氧树脂；在浸润的过程中，浸润的压力为0.1Mpa，碳纤维布的移动速度为3m/s。制得预浸料后，保证预浸料上下对齐，在温度为110℃、压力为0.5Mpa的条件下，采用热压罐固化1h，形成基板。随后，在基板中的纤维布的网眼所在位置处进行开孔，即在碳纤维形成的镂空网眼所在的位置处开孔以形成通孔(即缝隙)，制得缝隙共形天线，其中该通孔仅穿透基板中的树脂，通孔的截面为圆形。该方法还进一步包括将制得的缝隙共形天线蒙皮化。天线蒙皮化步骤包括：(1)建立蒙皮模具；(2)在模具上制造蒙皮；(3)将制得的缝隙共形天线铺覆在蒙皮上，通过真空负压工艺等粘结固化。
本领域普通技术人员应该理解，在本发明所列举的实施例中使用的纤维，不限于导电碳纤维，碳纤维仅为优选，也可以为其他符合要求的导电纤维，例如，金属化合物型纤维；聚苯胺纤维、聚吡咯纤维、聚噻吩纤维等高分子型导电纤维；导电碳纤维等，也可以为其他导电纤维。所使用的树脂也不限于所列举的氰酸酯树脂和环氧树脂，也可以为双马来酰亚胺树脂或聚氨酯树脂及它们的改性树脂体系或混合体系，也可以为其他热固性树脂。纤维布中的网眼及通孔的形状和分布也不限于实施例中所列举的形状及分布也可以为其他形状及分布。尽管在所有实施例中仅列出了网眼的形状为类似哑铃型，但本领域技术人员应当理解，网眼的形状也可以正方形、三角形、六边形、椭圆形等形状，且网眼的分布不限于成行排列，也可以为其他的分布形状排列。
使用本发明的方法所制得的缝隙共形天线，包括导电碳纤维、树脂以及通孔，且所述纤维围绕所述通孔设置以使所述纤维在所述缝隙共形天线中是连续的。
本发明通过在导电碳纤维编织成的纤维布中形成具有特定形状和分布的镂空网眼，随后将纤维布浸入树脂胶膜制得预浸料，固化形成基板后，随后在纤维布的镂空网眼的位置进行开孔形成缝隙，制得缝隙共形天线，本发明在制造预浸料的过程中就通过纤维布中网眼的分布形成天线的天然雏形，与通过机械加工开缝的方法相比，该方法所制得的缝隙共形天线在缝隙处的碳纤维不会被截断，从而使得整个碳纤维基板的力学强度不受缝隙影响，使得该缝隙共形天线更加适用于对缝隙天线基板强度要求较高的领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种缝隙共形天线，其特征在于，包括：
纤维，其中，所述纤维在所述缝隙共形天线中是连续的；
树脂；以及
通孔，且所述纤维围绕所述通孔设置以使所述纤维在所述缝隙共形天线中是连续的。
2.根据权利要求1所述的缝隙共形天线，其特征在于，所述树脂为热固性树脂。
3.根据权利要求2所述的缝隙共形天线，其特征在于，所述热固性树脂包括氰酸酯树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、聚氨酯树脂及它们的改性树脂体系或混合体系。
4.根据权利要求1所述的缝隙共形天线，其特征在于，所述纤维层为导电纤维。
5.根据权利要求4所述的缝隙共形天线，其特征在于，所述导电纤维为导电碳纤维、金属化合物型纤维、聚乙炔纤维、聚苯胺纤维、聚吡咯纤维或聚噻吩纤维。
6.根据权利要求1所述的缝隙共形天线，所述纤维的重量占所述缝隙共形天线重量的45％至70％，并且所述树脂的重量占所述缝隙共形天线重量的30％至55％。
7.根据权利要求6所述的缝隙共形天线，其特征在于，所述树脂的重量占所述缝隙共形天线重量的33％。
8.根据权利要求6所述的缝隙共形天线，其特征在于，所述缝隙共形天线进一步包括固化剂，所述固化剂重量为所述树脂总质量的0.05％至3.50％。
9.一种制造缝隙共形天线的方法，其特征在于，包括：
使用编织机制得具有镂空网眼的纤维布；
将树脂与固化剂混合，采用滚涂法形成树脂胶膜；
采用热熔法，用所述树脂胶膜浸润纤维布，从而制得预浸料；
将所述预浸料进行固化以形成基板；以及
在所述纤维布的镂空网眼的位置进行开孔以形成通孔，从而形成缝隙共形天线，
其中，所述纤维在所述缝隙共形天线中是连续的，并且所述纤维围绕所述通孔设置以使所述纤维在所述缝隙共形天线中是连续的。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在制备所述预浸料的步骤中，所述树脂重量占所述预浸料总量的30％至55％。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述树脂为热固性树脂，包括氰酸酯、环氧树脂、双马树脂或聚氨酯树脂。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在制备所述预浸料的步骤中，所述纤维的重量占所述预浸料总量的45％至70％。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述纤维为导电的高强度纤维，包括导电碳纤维、金属化合物型纤维、聚苯胺纤维、聚吡咯纤维或聚噻吩纤维。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括在形成所述缝隙共形天线的步骤之后，将所述缝隙共形天线蒙皮化。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述固化剂的重量占所述树脂总质量的0.05％至3.50％。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在0.1MPa到1MPa的压力范围内，实施采用热熔法，用所述树脂胶膜浸润所述纤维布，从而制得所述预浸料的步骤。
17.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在制得预浸料之后，采用真空袋固化或热压罐固化以形成所述基板。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述真空袋固化压力为0.1MPa。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述热压罐固化的压力为0.2MPa到1.5MPa。
20.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述形成树脂胶膜的步骤中，使用真空搅拌器将所述树脂与所述固化剂混合。
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