CN106025524A - 一种智能蒙皮天线的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于天线技术领域，具体提供了一种智能蒙皮天线的制作方法，包括步骤：1、制作准备；2、上/下防护层制作；3、射频层制作；4、蜂窝/泡沫层的制作；5、感知层制作；6、整体复合。本发明的方法降低了智能蒙皮天线的制作过程难度及工艺要求。其将光纤光栅感知层单独制作一层，便于校准测试；选用单层镀铝聚酰亚胺薄膜作为防护层，具有优异的隔热、耐高温、绝缘效果。本发明将天线各层单独制作，便于独立测试，各层无误后再整体复合，降低了产品的不良率。

Description

一种智能蒙皮天线的制作方法

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种基于嵌入式光纤光栅的智能蒙皮天线制作方法，具体是一种智能蒙皮天线的制作方法，该方法可用于复合智能蒙皮天线。

背景技术

智能蒙皮天线是一种新型的天线结构，它是把传统的微带天线阵和智能感知层集成到机械结构中，它即可以作为飞行器平台的承载结构，也可以作为收发无线电磁波的天线，可以广泛应用到新一代战机、无人机、预警飞艇等领域中。智能蒙皮天线内部组成具有结构与电路/电磁的集成度高、制作工艺复杂等特点。除此之外，智能蒙皮天线内部嵌入的智能感知层能够实时感知蒙皮天线的结构信息，不仅能够实时监控飞行器结构的健康状况，而且能够使该类型天线能够主动适应服役中气动、振动、冲击和热等服役环境对电性能的影响，保障天线在恶劣的工作环境下也能够获得好的力学和电磁性能。

在相关的研究中，S.H.Son等人提出了智能蒙皮相控阵天线的结构设计，将智能蒙皮相控阵天线辐射单元嵌入到蜂窝夹层结构之中，由上下两层介质，上层贴片，下层贴片，和蜂窝夹层组成。该文献重点研究了智能蒙皮天线的天线阵面设计。遗憾的是，该文献没有报道智能蒙皮天线的感知层设计技术，更没有提出智能蒙皮天线的制作工艺。这些结果在文献“S.H.Son.Development of a smart-skin phased array system with ahoneycomb sandwich micros trip antenna in April 4.2008SmartMaterials and Structures.”有过报道。

国内智能蒙皮天线的研究主要涉及智能蒙皮天线的一体化设计及电补偿方法。名称为《结构功能一体化机翼天线》、专利申请号为201410135872.9的专利申请文件中对智能蒙皮天线的结构功能进行介绍；名称为《一种基于嵌入光纤光栅的智能蒙皮天线电补偿方法》、专利申请号为201510194075.2的专利申请文件介绍了如何根据嵌入的光纤光栅传感器感知信息来实时调控服役期间的天线电性能，以补偿服役期间的结构振动和变形对天线电磁辐射性能的影响。《嵌入式蒙皮天线》、专利申请号为201310492003.7的专利申请文件介绍了如何提升智能蒙皮天线智能化，降低智能化天线设计成本，降低天线在大扫描角度上阵列增益损失多大的问题；名称为《一种面向智能蒙皮天线的应变传感器布局方法》、专利申请号为201510345220.2的专利申请文件介绍了面向智能蒙皮天线的应变传感器布局方法，能够有效优化传感器数目和位置；称为《一种新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构》、专利申请号为201020222138.3的专利申请文件介绍了基于复合材料的智能蒙皮天线结构；尽管这些专利介绍了智能蒙皮天线的结构和电补偿方法，然而，现有文献中并没有介绍智能蒙皮天线的制作流程及工艺要求。

综上，现有方法存在以下不足：

(1)现有文献公开的技术方案中，仅提出了智能蒙皮天线的结构设计方案，然而没有说明智能蒙皮天线的具体制作方法。

(2)智能蒙皮天线不同于一般天线的制作，包含天线射频层，光纤光栅感知层等，其中，光纤光栅的材质易碎，然而，现有的文献并没有说明如何安全可靠的制作光纤光栅感知层，也没有给出智能蒙皮天线整体复合的制作流程及工艺要求。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种新的智能蒙皮天线制作方法。

为实现上述目标本发明采用如下技术方案：

一种智能蒙皮天线的制作方法，包括以下步骤：

第一步，制作准备

准备所用材料：包括，上/下防护层采用玻璃纤维材料；感知层采用光纤光栅、单层镀铝聚酰亚胺薄膜、全透明环氧树脂AB胶；材料准备好后，用细白布蘸酒精或丙酮擦洗模板工作面，以确保模具表面清洁；

第二步，上/下防护层制作

对上/下防护层所用玻璃纤维进行铺层，每铺贴2-3层抽真空压实一次，抽真空时间至少15min，真空压力最高0.085MPa，制作完成后，根据天线尺寸进行裁剪；

第三步，射频层制作

选择电路板材料为FR4材料或特氟龙微波介质基板；根据所设计的射频电路进行天线腐铜；最后焊接射频电路的移相器、放大器、衰减器和微控制器芯片这类凸起元器件；

第四步，蜂窝/泡沫层的制作

蜂窝/泡沫层的材质选用正六边形NOMEX纸蜂窝或PMI泡沫，首先根据天线尺寸裁剪相应形状蜂窝/泡沫；然后根据射频层的凸起元器件位置，在蜂窝/泡沫对应位置挖孔；

第五步，感知层制作

首先依据光纤光栅最优布局算法，在单层镀铝聚酰亚胺薄膜上标定光栅位置；然后根据所用光栅个数n，使用光纤熔接机熔接n种中心波长的光纤光栅；其次使用树脂胶固定光栅至标定位置；最后均匀涂抹一层树脂胶，将单层镀铝聚酰亚胺薄膜非镀铝面平铺其上，在固化压力1MPa、热压温度20℃条件下压50min，完成感知层制作；

第六步，整体复合

将以上各层准备齐全，射频层和感知层的电性能测试满足所需指标后，将以上各层整体复合。

在第五步中，感知层的具体制作方法如下：

(1)标定光栅位置

首先将单层镀铝聚酰亚胺薄膜镀铝层向下平铺在桌面上；其次依据预先确定的光纤光栅传感器的布局位置，在单层镀铝聚酰亚胺薄膜上标定光栅位置；

(2)光栅熔接

根据所用光栅传感器的个数n，使用光纤熔接机熔接n种中心波长的光纤光栅；其中，中心波长的选择由光纤解调仪的中心波长和所受应变决定；

(3)树脂胶混合

将全透明环氧树脂A胶和B胶以5:5比例充分混合形成全透明环氧树脂AB胶，然后均匀涂抹在聚酰亚胺薄膜所标定的位置；

(4)光栅固定

首先将光栅放置在标定位置的全透明环氧树脂AB胶上；然后保持光栅不动，将光栅两端的尾纤用胶带固定；其次在光栅上再均匀涂抹一层环氧树脂AB胶；最后均匀轻压光栅，排除夹在树脂胶内的气泡，不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在；

(5)聚酰亚胺薄膜铺贴

首先，等待20min，至全透明环氧树脂AB胶与光栅固化；然后，在聚酰亚胺薄膜和光纤光栅之上均匀涂抹一层全透明环氧树脂AB胶，并将另外一张单层镀铝聚酰亚胺薄膜平铺，其中镀铝朝外；最后用熨斗均匀轻压，赶出气泡，同样不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在；

(6)感知层复合

将感知层放在固化压力1MPa、热压温度20℃条件下压50min，完成光纤光栅智能感知层制作。

在第六步中，所述整体复合，其具体制作方法如下：

1)清理粘接面

用干净的细白布蘸酒精或丙酮清理射频层和感知层的粘接面，确保清洁无油污；

2)感知层与射频层的粘接

首先在感知层上表面铺贴一层胶膜；然后将射频层的背面铺贴至感知层的上表面，同样不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在；

3)下蒙皮铺贴

首先在完成铺贴的下蒙皮上铺贴一层胶膜；然后将感知层和射频层放置在铺贴好的胶膜上面；最后将蜂窝芯放置在铺贴好的胶膜上面，抽真空固定，抽真空时间不少于15min，真空压力最高0.085MPa；

4)灌注发泡胶

首先用纸胶带保护需要灌注发泡胶蜂窝芯区域的边缘；然后小心的将发泡胶灌注在蜂窝芯中；最后灌注完成后，在蜂窝芯表面铺贴一层胶膜；

5)上蒙皮铺贴

首先铺贴2-3层抽真空压实一次，每次抽真空时间不少于15min，真空压力最高0.085MPa；然后从基准线开始向边缘铺贴，使其完全与模板贴合；最后排除夹在预浸料里面的气泡，不允许有褶皱、纤维扭曲、夹杂物存在，需一层一层铺贴，不允许一次多层铺贴；

6)整体复合

首先将各层按从下至上顺序放置，放进真空袋内；其中从下至上的放置顺序依次为：下防护层、感知层、射频层、蜂窝/泡沫层、上防护层；其次，固化流程按从室温按2℃/min升温速度到125℃保持4小时；最后以2℃/min降温速度到65℃结束；其中温度在20℃-90℃时，压力保持0.25MPa，随后保持0.45MPa至结束。

本发明的有益效果：1、本发明的方法降低了智能蒙皮天线的制作过程难度及工艺要求。

2、本发明将光纤光栅感知层单独制作一层，便于校准测试；选用单层镀铝聚酰亚胺薄膜作为防护层，具有优异的隔热、耐高温、绝缘效果。

3、本发明将天线各层单独制作，便于独立测试，各层无误后再整体复合，降低了产品的不良率。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的智能蒙皮天线的组成结构示意图；

图2是本发明的智能蒙皮天线制作流程图；

图3是图1中的射频层组成结构示意图；

图4是图1中的蜂窝/泡沫层结构示意图；

图5是图1中感知层的组成示意图；

图6是本发明的智能蒙皮天线的整体复合固化周期示意图。

附图标记说明：1、上防护层；2、蜂窝/泡沫层；3、射频层；4、感知层；5、下防护层；6、开孔；7、单层镀铝聚酰亚胺薄膜；8、胶膜，9、光纤；10、光栅；11、下层单层镀铝聚酰亚胺薄膜。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施对本发明作具体的介绍，实施步骤如图2所示：

第一步，制作准备。

上下防护层采用玻璃钢材料；感知层采用光纤光栅、单层镀铝聚酰亚胺薄膜、全透明环氧树脂AB胶；材料准备齐全后，用细白布蘸酒精或丙酮擦洗模板工作面，以确保模具表面清洁。

第二步，上/下防护层制作。

首先依据天线形状裁剪相应尺寸的蒙皮；然后下蒙皮的铺贴按照图纸铺层，每铺贴2--3层抽真空压实一次，每次抽真空时间不少于15min，真空压力至少0.085MPa；最后从基准线开始向边缘铺贴，使其完全与模板贴合，并排除夹在预浸料里面的气泡，不允许有褶皱、纤维扭曲、夹杂物存在，应一层一层铺贴，不允许一次多层铺贴。另外，不允许在预浸料的0°方向上进行拼接，45°方向可以工艺搭接，搭接宽度15-20mm。

第三步，射频层制作。

射频层结构示意图如图3所示，首先根据设计的射频电路选择电路板材料为FR4材料或特氟龙微波介质基板；然后进行天线腐铜；最后焊接移相器、放大器、衰减器和微控制器芯片这类凸起元器件。

第四步，蜂窝/泡沫层制作。

蜂窝/泡沫层的材质选用正六边形Nomex纸蜂窝或PMI泡沫。首先根据天线尺寸裁剪相应形状蜂窝/泡沫；然后根据射频层的凸起元器件位置，在蜂窝/泡沫对应位置挖孔(即挖开孔6)如图4蜂窝/泡沫层结构示意图所示。

第五步，感知层制作。

感知层的几何结构参照图5，从上至下依次为：单层镀铝聚酰亚胺薄膜7、全透明环氧树脂AB胶构成的胶膜8、光纤9、和下层单层镀铝聚酰亚胺薄膜11、光栅10。具体步骤如下：

(1)标定光栅位置。

首先将单层镀铝聚酰亚胺薄膜镀铝层向下平铺在桌面上；其次依据预先确定的光纤光栅传感器的布局位置，在单层镀铝聚酰亚胺薄膜上标定光栅位置。

(2)光栅熔接。

根据所用光栅传感器的个数n，使用光纤熔接机熔接n种中心波长的光纤光栅。其中，中心波长的选择由光纤解调仪的中心波长和所受应变决定。

(3)树脂胶混合。

将全透明环氧树脂A胶和B胶以5:5比例充分混合形成全透明环氧树脂AB胶，然后均匀涂抹在聚酰亚胺薄膜所标定的位置。

(4)光栅固定。

首先将光栅放置在标定位置的全透明环氧树脂AB胶上；然后保持光栅不动，将光栅两端的尾纤用胶带固定；其次在光栅上再均匀涂抹一层环氧树脂AB胶；最后均匀轻压光栅，排除夹在树脂胶内的气泡，不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在。

(5)聚酰亚胺薄膜铺贴。

首先，等待20min，至全透明环氧树脂AB胶与光栅固化；然后，在聚酰亚胺薄膜和光纤光栅之上均匀涂抹一层全透明环氧树脂AB胶，并将另外一张单层镀铝聚酰亚胺薄膜(镀铝朝外)平铺其上，如图5所示；最后用熨斗均匀轻压，赶出气泡，同样不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在；

(6)感知层复合。

将感知层放在固化压力1MPa、热压温度20℃条件下压50min，完成光纤光栅智能感知层制作。

第六步，将以上各层准备齐全，进行整体复合，具体步骤如下：

(1)清理粘接面。

用干净的细白布蘸酒精或丙酮清理射频层和感知层的粘接面，确保清洁无油污。

(2)感知层与射频层的粘接。

首先在感知层上表面铺贴一层胶膜；然后按照图1智能蒙皮天线结构示意图，将射频层的背面铺贴至感知层的上表面，同样不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在。

(3)下蒙皮铺贴。

首先在完成铺贴的下蒙皮上铺贴一层胶膜；然后将感知层和射频层放置在铺贴好的胶膜上面；最后将蜂窝芯放置在铺贴好的胶膜上面，抽真空固定。抽真空时间不少于15min，真空压力至少0.085MPa。

(4)灌注发泡胶。

首先用纸胶带保护需要灌注发泡胶蜂窝芯区域的边缘；然后小心的将发泡胶灌注在蜂窝芯中；最后灌注完成后，在蜂窝芯表面铺贴一层胶膜。

(5)上蒙皮铺贴。

首先铺贴2-3层抽真空压实一次，每次抽真空时间不少于15min，真空压力至少0.085MPa；然后从基准线开始向边缘铺贴，使其完全与模板贴合；最后排除夹在预浸料里面的气泡，不允许有褶皱、纤维扭曲、夹杂物存在，应一层一层铺贴，不允许一次多层铺贴。

(6)整体复合。

首先依据图1示意图按顺序放置，放进真空袋内，其中各层按从下至上顺序放置，从下至上的放置顺序依次为：下防护层5、感知层4、射频层3、蜂窝/泡沫层2、上防护层1；固化流程按照下图6固化周期示意图进行；然后从室温按2℃/min升温速度到125℃保持4小时；最后以2℃/min降温速度到65℃结束。其中温度在20℃-90℃时，压力保持0.25MPa，随后保持0.45MPa至结束。

综上所述，本发明的制作方法不仅包括光纤光栅感知层的制作，而且特别适用于智能蒙皮天线的整体复合。因此本发明的方法降低了智能蒙皮天线的制作过程难度及工艺要求。将光纤光栅感知层单独制作一层，便于校准测试；选用单层镀铝聚酰亚胺薄膜作为防护层，具有优异的隔热、耐高温、绝缘效果。将天线各层单独制作，便于独立测试，各层无误后再整体复合，降低了产品的不良率。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种智能蒙皮天线的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，制作准备

准备所用材料：包括，上/下防护层采用玻璃纤维材料；感知层采用光纤光栅、单层镀铝聚酰亚胺薄膜、全透明环氧树脂AB胶；材料准备好后，用细白布蘸酒精或丙酮擦洗模板工作面，以确保模具表面清洁；

第二步，上/下防护层制作

对上/下防护层所用玻璃纤维进行铺层，每铺贴2-3层抽真空压实一次，抽真空时间至少15min，真空压力最高0.085MPa，制作完成后，根据天线尺寸进行裁剪；

第三步，射频层制作

选择电路板材料为FR4材料或特氟龙微波介质基板；根据所设计的射频电路进行天线腐铜；最后焊接射频电路的移相器、放大器、衰减器和微控制器芯片这类凸起元器件；

第四步，蜂窝/泡沫层的制作

蜂窝/泡沫层的材质选用正六边形NOMEX纸蜂窝或PMI泡沫，首先根据天线尺寸裁剪相应形状蜂窝/泡沫；然后根据射频层的凸起元器件位置，在蜂窝/泡沫对应位置挖孔；

第五步，感知层制作

首先依据光纤光栅最优布局算法，在单层镀铝聚酰亚胺薄膜上标定光栅位置；然后根据所用光栅个数n，使用光纤熔接机熔接n种中心波长的光纤光栅；其次使用树脂胶固定光栅至标定位置；最后均匀涂抹一层树脂胶，将单层镀铝聚酰亚胺薄膜非镀铝面平铺其上，在固化压力1MPa、热压温度20℃条件下压50min，完成感知层制作；

第六步，整体复合

将以上各层准备齐全，射频层和感知层的电性能测试满足所需指标后，将以上各层整体复合。

2.如权利要求1所述的一种智能蒙皮天线的制作方法，其特征在于，在第五步中，感知层的具体制作方法如下：

(1)标定光栅位置

首先将单层镀铝聚酰亚胺薄膜镀铝层向下平铺在桌面上；其次依据预先确定的光纤光栅传感器的布局位置，在单层镀铝聚酰亚胺薄膜上标定光栅位置；

(2)光栅熔接

根据所用光栅传感器的个数n，使用光纤熔接机熔接n种中心波长的光纤光栅；其中，中心波长的选择由光纤解调仪的中心波长和所受应变决定；

(3)树脂胶混合

将全透明环氧树脂A胶和B胶以5:5比例充分混合形成全透明环氧树脂AB胶，然后均匀涂抹在聚酰亚胺薄膜所标定的位置；

(4)光栅固定

首先将光栅放置在标定位置的全透明环氧树脂AB胶上；然后保持光栅不动，将光栅两端的尾纤用胶带固定；其次在光栅上再均匀涂抹一层环氧树脂AB胶；最后均匀轻压光栅，排除夹在树脂胶内的气泡，不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在；

(5)聚酰亚胺薄膜铺贴

首先，等待20min，至全透明环氧树脂AB胶与光栅固化；然后，在聚酰亚胺薄膜和光纤光栅之上均匀涂抹一层全透明环氧树脂AB胶，并将另外一张单层镀铝聚酰亚胺薄膜平铺，其中镀铝朝外；最后用熨斗均匀轻压，赶出气泡，同样不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在；

(6)感知层复合

将感知层放在固化压力1MPa、热压温度20℃条件下压50min，完成光纤光栅智能感知层制作。

3.如权利要求1所述的一种智能蒙皮天线的制作方法，其特征在于，在第六步中，所述整体复合，其具体制作方法如下：

1)清理粘接面

用干净的细白布蘸酒精或丙酮清理射频层和感知层的粘接面，确保清洁无油污；

2)感知层与射频层的粘接

首先在感知层上表面铺贴一层胶膜；然后将射频层的背面铺贴至感知层的上表面，同样不允许有褶皱、扭曲、夹杂物存在；

3)下蒙皮铺贴

首先在完成铺贴的下蒙皮上铺贴一层胶膜；然后将感知层和射频层放置在铺贴好的胶膜上面；最后将蜂窝芯放置在铺贴好的胶膜上面，抽真空固定，抽真空时间不少于15min，真空压力最高0.085MPa；

4)灌注发泡胶

首先用纸胶带保护需要灌注发泡胶蜂窝芯区域的边缘；然后小心的将发泡胶灌注在蜂窝芯中；最后灌注完成后，在蜂窝芯表面铺贴一层胶膜；

5)上蒙皮铺贴

首先铺贴2-3层抽真空压实一次，每次抽真空时间不少于15min，真空压力最高0.085MPa；然后从基准线开始向边缘铺贴，使其完全与模板贴合；最后排除夹在预浸料里面的气泡，不允许有褶皱、纤维扭曲、夹杂物存在，需一层一层铺贴，不允许一次多层铺贴；

6)整体复合

首先将各层按从下至上顺序放置，放进真空袋内；其中从下至上的放置顺序依次为：下防护层、感知层、射频层、蜂窝/泡沫层、上防护层；其次，固化流程按从室温按2℃/min升温速度到125℃保持4小时；最后以2℃/min降温速度到65℃结束；其中温度在20℃-90℃时，压力保持0.25MPa，随后保持0.45MPa至结束。