CN106329155A - 一种喇叭阵天线电铸方法及电铸喇叭阵天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种喇叭阵天线电铸方法及电铸喇叭阵天线，该喇叭阵天线电铸方法首先根据预设的喇叭阵天线结构制作喇叭阵天线的芯模模具；然后对芯模模具表面进行预处理，并在预处理后的芯模模具表面设置抗蚀层；进而在芯模模具上采用电铸工艺电铸镍，得到喇叭阵天线的电铸件；最后对电铸件进行脱模，并且对脱模后的电铸件进行后处理，得到喇叭阵天线。本发明提出的喇叭阵天线电铸方法，解决了毫米波喇叭天线结构复杂，尤其是壁薄难加工的难题，利用本发明喇叭阵天线电铸方法制作而成的毫米波喇叭天线阵列质量好、性能高、可靠性高，具有更好的辐射性能，提高了微波信号传输的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电铸加工及微波喇叭天线技术领域，尤其涉及一种喇叭阵天线电铸方法及电铸喇叭阵天线。
背景技术
雷达天线作为一种微波控制器件，被广泛应用于军事、民用等领域，尤其被广泛应用于武器精确制导与相控阵雷达目标追踪。毫米波喇叭天线由于其在工艺尺度方面对射频波段的器件有着很好的兼容性，因此，凭借其更低的电路损耗和更高的承载功率，在近几年受到了广泛的关注，很多形式的毫米波喇叭阵天线已经被提出，并且已经开始走向实际的应用。但是，目前传统的天线通常由机械加工制作而成，然而喇叭天线的结构复杂、尺寸较小，槽较深，并且对于喇叭天线的内表面要求比较高，通常壁较薄；这种喇叭天线在进行机械加工时非常容易受到刀具尺寸等很多因素的限制，同时机械加工的喇叭天线又存在内应力和刀痕等缺陷，存在严重的质量隐患，因此通过机械加工的方式制造的毫米波喇叭天线很难满足毫米波喇叭天线的高性能和高可靠性的应用发展需求。
发明内容
本发明针对现有技术中通过机械加工工艺制作而成的毫米波喇叭天线容易受到刀具尺寸等很多因素的限制，并且存在严重的质量隐患等问题，提出了一种新颖的喇叭阵天线电铸方法及电铸喇叭阵天线，采用电铸工艺即采用射流电沉积工艺并且配合多种优选处理方式，在预制的芯模模具上电铸镍，进而得到喇叭阵天线的电铸件结构，本发明提出的喇叭阵天线电铸方法，解决了毫米波喇叭天线结构复杂，尤其是壁薄难加工的难题，并且利用本发明喇叭阵天线电铸方法制作而成的毫米波喇叭天线阵列质量好、性能高、可靠性高，具有更好的辐射性能，提高了微波信号传输的可靠性。
本发明的技术方案如下：
一种喇叭阵天线电铸方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)根据预设的喇叭阵天线结构制作喇叭阵天线的芯模模具；
步骤2)对所述芯模模具表面进行预处理；
步骤3)在预处理后的芯模模具表面设置抗蚀层；
步骤4)在所述芯模模具上采用电铸工艺电铸镍，得到喇叭阵天线的电铸件；
步骤5)对所述电铸件进行脱模；
步骤6)对脱模后的电铸件进行后处理，得到喇叭阵天线。
所述步骤1)中制作喇叭阵天线的芯模模具具体为：采用机加工工艺制作所述芯模模具。
所述步骤2)中的预处理具体包括将所述芯模模具依次进行除油处理、酸蚀处理和氮气吹干处理。
所述步骤4)中的电铸工艺包括射流电沉积工艺，利用镀液射流在所述芯模模具上电沉积镍，或者所述步骤4)中的电铸工艺包括象形阳极，利用象形阳极形状电沉积镍，或者所述步骤4)中的电铸工艺包括旋转电镀和脉冲电镀，利用阴极旋转和双向脉冲电沉积镍。
所述步骤6)中对脱模后的电铸件进行后处理具体为：包括依次溶解电铸溶液形成的粘附层及所述抗蚀层。
所述步骤3)之前还包括对所述芯模模具表面进行物理抛磨处理；所述步骤6)中还包括对脱模后的电铸件表面进行物理抛磨处理；所述芯模模具采用易溶合金材料制作而成。
一种电铸喇叭阵天线，其特征在于，包括通过电铸形成的一体化喇叭阵列，所述喇叭阵列包括阵列顶平面和阵列底平面，所述喇叭阵列若干个喇叭单体，所述喇叭单体包括喇叭体和自喇叭体小端延伸出的尾柱体，所述喇叭体的喇叭外口在所述阵列顶平面上，所述尾柱体的尾腔外口在所述阵列底平面上，所述喇叭体的喇叭腔与所述尾柱体的尾腔之间形成分割台阶，所述喇叭体的喇叭内口大于所述尾柱体的尾腔内口，所述喇叭内口的形状不同于所述尾腔内口的形状。
所述喇叭体为四棱锥体，所述四棱锥体的棱边处具有外倒角面，所述喇叭腔为四棱锥腔，所述四棱锥腔的棱边处具有内倒角面，所述尾柱体为四棱柱体，所述尾腔为六棱柱腔，所述四棱柱体的棱边处和所述六棱柱腔的棱边处均设置有倒角。
所述喇叭腔的喇叭内坡面和所述尾腔的内壁均为电铸用的芯模模具的贴合面即电铸金属沉积层底面，所述喇叭体的喇叭外坡面和所述尾柱体外表面均为电铸金属沉积层表面。
所述一体化喇叭阵列采用电铸金属镍形成，所述喇叭阵列是由49个喇叭单体组成的7*7阵列结构。
本发明的技术效果如下：
本发明涉及一种喇叭阵天线电铸方法，首先根据预设的喇叭阵天线的内腔结构制作喇叭阵天线的芯模模具；然后对芯模模具表面进行预处理，并在在预处理后的芯模模具表面设置抗蚀层；进而在芯模模具上采用电铸工艺电铸镍，得到喇叭阵天线的电铸件；最后对电铸件进行脱模，并且对脱模后的电铸件进行后处理，得到喇叭阵天线。本发明提出的喇叭阵天线电铸方法，解决了毫米波喇叭天线结构复杂，尤其是壁薄难加工的难题，同时可以获得内表面粗糙度低的轻质量的喇叭阵天线，并且利用本发明喇叭阵天线电铸方法制作而成的毫米波喇叭天线阵列质量好、性能高、可靠性高，具有更好的辐射性能，提高了微波信号传输的可靠性。
本发明提出的喇叭阵天线电铸方法，采用电铸工艺即采用射流电沉积工艺，并且配合多种优选处理方式，例如象形阳极、阴极旋转和/或双向脉冲等处理，以及物理抛磨等处理，在预制的芯模模具上电铸镍，进而得到喇叭阵天线的电铸件结构，进一步在最小成本的基础上，实现电流密度分布均匀，保证了电铸镍金属材料的高附着性，最终保证了阴极芯模模具上的铸层即电铸件的均匀性和高质量。
本发明还涉及一种电铸喇叭阵天线，喇叭阵天线可以为N*M阵列结构，优选为N*N阵列结构，结构精巧，尺寸小，质量高，尤其壁薄符合实际应用需求。优选采用射流电沉积工艺，利用镀液射流在芯模模具上电沉积镍金属材料以制作而成。
本发明具有以下特点：1.采用电铸工艺即采用射流电沉积工艺在芯模模具上电沉积镍。2.对芯模模具表面进行预处理。3.在预处理后的芯模模具表面设置抗蚀层。4.配合多种优选处理方式，例如象形阳极、阴极旋转和/或双向脉冲等处理。5.可靠性高，进而制作而成的喇叭阵天线性能良好。
附图说明
图1是本发明一种电铸喇叭阵天线的结构示意图。
图2是芯模模具单体和喇叭单体脱模分解结构示意图；图2中包括喇叭单体结构示意图。
附图标记列示如下：1-芯模模具；2-喇叭单体或电铸件；3-尾柱体；4-尾腔外口；5-阵列底平面；6-内壁；7-喇叭外坡面；8-外倒角面；9-喇叭外口；10-阵列顶平面；11-喇叭体；12-喇叭内坡面；13-分割台阶；14-内倒角面；15-喇叭腔；16-尾腔内口；17-喇叭内口；A-喇叭阵天线或电铸喇叭阵天线。
具体实施方式
下面结合附图(图1-图2)对本发明进行说明。
本发明涉及一种喇叭阵天线电铸方法，包括以下步骤：
步骤1)根据预设的喇叭阵天线结构制作喇叭阵天线的芯模模具；
步骤2)对芯模模具表面进行预处理；
步骤3)在预处理后的芯模模具表面设置抗蚀层；
步骤4)在芯模模具上采用电铸工艺电铸镍，得到喇叭阵天线的电铸件；
步骤5)对电铸件进行脱模；
步骤6)对脱模后的电铸件进行后处理，得到喇叭阵天线。
本发明涉及的喇叭阵天线电铸方法，结合参考图1-图2，其优选地流程步骤具体说明如下：
步骤1)首先根据实际应用需求设计喇叭阵天线结构(即喇叭阵天线内腔结构)，然后根据预设的喇叭阵天线结构采用机加工工艺(即机械加工，可以选用手动加工或数控加工，手工控制或自动控制机械精确加工)制作喇叭阵天线的芯模模具，该芯模模具可以采用易溶合金材料制作而成，优选可以采用镁合金、铝合金或其它易溶合金材料。
步骤2)对芯模模具表面进行预处理，包括将芯模模具依次进行除油处理、酸蚀处理和氮气吹干处理，具体来说即是对芯模模具表面进行电铸前处理，可以包括热浸除油和/或电解除油，以及酸蚀除垢。
步骤3)在预处理后的芯模模具表面设置抗蚀层(或称阻挡层或绝缘层)，以增强芯模模具的抗蚀性，提高电铸效率和效果。
步骤4)在芯模模具上采用电铸工艺电铸镍得到喇叭阵天线的电铸件，如图1-图2所示，具体可以采用如下工艺。
电铸是指在含有预铸金属的盐类溶液中，以被铸基体金属为阴极，通过电解作用，使铸液中预铸金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，以形成铸层的一种表面加工方法。也就是说，电铸的基本原理与电镀基本相同，是一种电化学过程，也是一种氧化还原过程，均可以是指利用金属的电解沉积原理精确地复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。具体电铸过程原理说明如下：
本发明提出的喇叭阵天线电铸方法，即采用射流电沉积工艺，利用镀液射流在芯模模具上电沉积镍以形成电铸件(即喇叭阵天线原始件)；
首先将预先按所需形状制作而成的原模(即本发明的芯模模具)作为阴极，将电铸材料(即本发明的镍金属材料，电铸选用的金属材料通常可以是铜、铁或镍等金属材料，或者金、银、铂、钴或钨等合金材料，本发明优选以镍金属材料为电铸阳极材料，但该阳极材料不受本发明实施例限制，具体可以实际应用情况选择)作为阳极，将芯模模具放入与阳极材料即镍金属材料相同的金属盐溶液中，接通直流电源通以直流电；在电解作用下，芯模模具表面逐渐沉积出金属电铸层即电铸件，达到所需的厚度后从金属盐溶液中取出。
在电沉积过程中，针对作为阴极的芯模模具形状比较特殊、复杂，有可能造成阴极芯模模具表面电流分布不均匀，进而造成电铸件的铸层不均匀，更甚者造成铸层无法住铸上，优选利用象形阳极，按照阴极芯模模具的形状定制阳极，使得阳极和阴极芯模模具各处距离相等，进而实现电流密度分布均匀，以实现铸层均匀的电沉积镍电铸件。
在电沉积过程中，还优选采用旋转电镀工艺，利用阴极旋转方式电沉积镍，具体为：电沉积过程中，将待电铸工件(即阴极芯模模具)相对阳极不断旋转，在旋转中实现电解沉积镍，实现了阴极芯模模具在金属盐溶液槽内的溶液中沿中心轴作圆周旋转，使得镀液对芯模模具表面不断的大幅度冲刷和充分接触交换，同时阴极芯模模具的旋转也进一步使得电流分布均匀，从而最终保证阴极芯模模具上的铸层即电铸件的均匀性、高质量以及低成本；上述阴极旋转方式优选可以采用水平旋转方式、垂直旋转方式或倾斜旋转方式。
在电沉积过程中，还优选采用脉冲电镀工艺，利用双向脉冲方式电沉积镍，使用的脉冲波可以为矩形波或正弦波，使得电铸回路周期性地接通和断开，以实现铸层即电铸件的平整致密以及高附着性。
步骤5)对电铸件进行脱模，即将在芯模模具上电沉积镍而形成的电铸件从该芯模模具上剥离，得到与芯模模具形状相对应的金属复制件即电铸件，如图1和图2所示。
步骤6)对脱模后的电铸件进行后处理：可以包括依次溶解电铸溶液(即金属盐溶液)形成的粘附层(包括杂质等)及在预处理后的芯模模具表面设置的抗蚀层(或称阻挡层)，得到喇叭阵天线成品，如图1所示；优选地，在步骤6)之后还可以对该脱模后的电铸件表面进行物理抛磨处理，以进一步优化喇叭阵天线成品。
本发明还涉及一种利用本发明上述的喇叭阵天线电铸方法制作而成的喇叭阵天线，如图1所示，制作而成的喇叭阵天线可以为N*M阵列结构，优选为N*N阵列结构，结构精巧，尺寸小，质量高，尤其壁薄符合实际应用需求，优选采用射流电沉积工艺，利用镀液射流在芯模模具上电沉积镍以制作而成(即喇叭阵天线原始件)，也即是说，该喇叭阵天线优选由镍金属材料制作而成，当然选用的金属材料通常可以是铜、铁或镍等金属材料，或者金、银、铂、钴或钨等合金材料，本发明优选以镍金属材料为电铸金属材料，但该金属材料不受本发明实施例限制，具体可以实际应用情况选择；此外，制作该喇叭阵天线的芯模模具采用机加工工艺(即机械加工，可以选用手动加工或数控加工，手工控制或自动控制机械精确加工)制作而成，该芯模模具可以采用易溶合金材料制作而成，优选可以采用镁合金、铝合金或其它易溶合金材料。
如图1和图2所示，一种电铸喇叭阵天线A，包括通过电铸形成的一体化喇叭阵列，喇叭阵列包括阵列顶平面10和阵列底平面5，喇叭阵列若干个喇叭单体2，喇叭单体2包括喇叭体11和自喇叭体11小端延伸出的尾柱体3，喇叭体11的喇叭外口9在阵列顶平面10上，尾柱体3的尾腔外口4在阵列底平面5上，喇叭体11的喇叭腔15与尾柱体3的尾腔之间形成分割台阶13，喇叭体11的喇叭内口17大于尾柱体3的尾腔内口16，喇叭内口17的形状不同于尾腔内口16的形状。优选地，喇叭体11为四棱锥体，四棱锥体的棱边处具有外倒角面8，喇叭腔15为四棱锥腔，四棱锥腔的棱边处具有内倒角面14，尾柱体3为四棱柱体，尾腔为六棱柱腔，四棱柱体的棱边处和六棱柱腔的棱边处均设置有倒角。喇叭腔15的喇叭内坡面12和尾腔的内壁6均为电铸用的芯模模具1的贴合面即电铸金属沉积层底面，喇叭体11的喇叭外坡面7和尾柱体3外表面均为电铸金属沉积层表面。如图1和图2所示，一体化喇叭阵列优选采用电铸金属镍形成，喇叭阵列可以是由49个喇叭单体2组成的7*7喇叭阵列结构。
在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。
Claims (10)
1.一种喇叭阵天线电铸方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)根据预设的喇叭阵天线结构制作喇叭阵天线的芯模模具；
步骤2)对所述芯模模具表面进行预处理；
步骤3)在预处理后的芯模模具表面设置抗蚀层；
步骤4)在所述芯模模具上采用电铸工艺电铸镍，得到喇叭阵天线的电铸件；
步骤5)对所述电铸件进行脱模；
步骤6)对脱模后的电铸件进行后处理，得到喇叭阵天线。
2.根据权利要求1所述的喇叭阵天线电铸方法，其特征在于，所述步骤1)中制作喇叭阵天线的芯模模具具体为：采用机加工工艺制作所述芯模模具。
3.根据权利要求1所述的喇叭阵天线电铸方法，其特征在于，所述步骤2)中的预处理具体包括将所述芯模模具依次进行除油处理、酸蚀处理和氮气吹干处理。
4.根据权利要求1所述的喇叭阵天线电铸方法，其特征在于，所述步骤4)中的电铸工艺包括射流电沉积工艺，利用镀液射流在所述芯模模具上电沉积镍，或者所述步骤4)中的电铸工艺包括象形阳极，利用象形阳极形状电沉积镍，或者所述步骤4)中的电铸工艺包括旋转电镀和脉冲电镀，利用阴极旋转和双向脉冲电沉积镍。
5.根据权利要求1所述的喇叭阵天线电铸方法，其特征在于，所述步骤6)中对脱模后的电铸件进行后处理具体为：包括依次溶解电铸溶液形成的粘附层及所述抗蚀层。
6.根据权利要求1所述的喇叭阵天线电铸方法，其特征在于，所述步骤3)之前还包括对所述芯模模具表面进行物理抛磨处理；所述步骤6)中还包括对脱模后的电铸件表面进行物理抛磨处理；所述芯模模具采用易溶合金材料制作而成。
7.一种电铸喇叭阵天线，其特征在于，包括通过电铸形成的一体化喇叭阵列，所述喇叭阵列包括阵列顶平面和阵列底平面，所述喇叭阵列若干个喇叭单体，所述喇叭单体包括喇叭体和自喇叭体小端延伸出的尾柱体，所述喇叭体的喇叭外口在所述阵列顶平面上，所述尾柱体的尾腔外口在所述阵列底平面上，所述喇叭体的喇叭腔与所述尾柱体的尾腔之间形成分割台阶，所述喇叭体的喇叭内口大于所述尾柱体的尾腔内口，所述喇叭内口的形状不同于所述尾腔内口的形状。
8.根据权利要求7所述的电铸喇叭阵天线，其特征在于，所述喇叭体为四棱锥体，所述四棱锥体的棱边处具有外倒角面，所述喇叭腔为四棱锥腔，所述四棱锥腔的棱边处具有内倒角面，所述尾柱体为四棱柱体，所述尾腔为六棱柱腔，所述四棱柱体的棱边处和所述六棱柱腔的棱边处均设置有倒角。
9.根据权利要求7所述的电铸喇叭阵天线，其特征在于，所述喇叭腔的喇叭内坡面和所述尾腔的内壁均为电铸用的芯模模具的贴合面即电铸金属沉积层底面，所述喇叭体的喇叭外坡面和所述尾柱体外表面均为电铸金属沉积层表面。
10.根据权利要求7所述的电铸喇叭阵天线，其特征在于，所述一体化喇叭阵列采用电铸金属镍形成，所述喇叭阵列是由49个喇叭单体组成的7*7阵列结构。
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