CN106564229A - 一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，该结构包括：外层、中间层、次内层和内层；其中，所述外层、所述中间层、所述次内层和所述内层依次相连接；所述外层为石英陶瓷或陶瓷基复合材料，所述中间层为氮化物材料或氧化铝材料；所述次内层为石英陶瓷或陶瓷基复合材料，所述内层为气凝胶材料或陶瓷瓦材料。本发明有效解决了多层宽频带透波结构在高速飞行器上的应用难题，适应高速飞行器的高温和高载荷使用环境，满足宽频带透波的要求。

Description

一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构
技术领域
本发明涉及高速飞行器用天线罩、透波罩和天线窗领域，尤其涉及一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构。
背景技术
天线罩/透波罩/天线窗等各类透波结构根据其具体的使用环境一般须具备一定的防热、承载和透波等功能。飞机、船舶及地面设备上使用的透波结构在设计时主要考虑其电气性能，对结构强度的要求不高，基本不涉及到防隔热的要求，此类透波结构一般采用泡沫和树脂材料，具有一定的结构强度，能够满足300℃以下的温度使用要求。由于力学载荷小，温度低，飞机、船舶及地面设备上的透波结构为了满足在较宽的频带内透波的使用要求，一般采用多层透波结构。结构的层数越多，电气性能越好，透波的频带也越宽，通常采用的多层结构形式主要有图2所示的A夹层(三层结构)和图3所示的C夹层(五层结构)。这类透波结构由高密度、高介电的蒙皮和低密度、低介电的芯层组成，蒙皮的厚度在1mm以下，芯层则采用蜂窝和泡沫等各类透波材料。
高速飞行器飞行速度大，表面温度高，承受力学载荷大，对透波结构有着特殊的需要。上述介绍到的飞机、船舶及地面设备上使用的多层宽频带结构，由于蒙皮厚度很小，且芯层材料密度很低，防热和承载性能不足，无法适应高速飞行器的高温和高载荷使用环境。高速飞行器上采用的透波结构一般为单层形式(如图1所示)，采用各类防热和承载能力相对较好的透波材料，通常厚度较大，透波的频带较窄，无法满足宽频带透波的要求。
国内外的文献关于飞机、船舶以及地面设备上宽频带透波结构的研制介绍较多，但均不涉及到高温和高力学载荷使用环境。国内外关于高速飞行器上使用的透波结构的研究资料非常少，已公开报道过的相关专利也不涉及宽频带透波的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是：相比于现有技术，提供了一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，有效解决了多层宽频带透波结构在高速飞行器上的应用难题，适应高速飞行器的高温和高载荷使用环境，满足宽频带透波的要求。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，包括：外层、中间层、次内层和内层；其中，所述外层、所述中间层、所述次内层和所述内层依次相连接；所述外层为石英陶瓷或陶瓷基复合材料，所述中间层为氮化物材料或氧化铝材料；所述次内层为石英陶瓷或陶瓷基复合材料，所述内层为气凝胶材料或陶瓷瓦材料。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述外层的厚度为3mm-6mm，相对介电常数为2.5-4.0。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述中间层的厚度为6mm-10mm，相对介电常数为6.0-12.0。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述次内层的厚度为3mm-6mm，相对介电常数为2.5-4.0。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述内层的厚度为4mm-8mm，相对介电常数为1.2-1.6。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述外层的厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述中间层的厚度为9.2mm，相对介电常数为9.4。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述次内层的厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6。
上述适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构中，所述内层的厚度为4.5mm，相对介电常数为1.3。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明的多层透波结构满足高温、高力学载荷条件下的Ku波段宽频带透波要求；
(2)本发明的多层透波结构适应高速飞行器的高温和高载荷使用环境；
(3)本发明的多层透波结构满足承载性能和防隔热要求的前提下，合理分配各层的厚度，达到所要求的电性能指标。
(4)本发明通过选择各层的厚度，每层的材料以及每层的相对介电常数相配合，使得本发明的结构达到最优的设计，不仅能能够满足承载性能和防隔热要求，还能达电性能指标。
附图说明
图1示出了现有技术中单层透波结构的示意图；
图2示出了现有技术中A夹层透波结构的示意图；
图3示出了现有技术中C夹层透波结构的示意图；
图4示出了本发明实施例提供的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
图4示出了本发明实施例提供的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构示意图，如图4所示，该适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构包括：外层1、中间层2、次内层3和内层4。其中，
外层1、中间层2、次内层3和内层4依次相连接。具体的，该适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构用于制造高速飞行器的天线罩、透波罩和天线窗，其在制造过程中，次内层3紧紧套在内层4的外表面，中间层2紧紧的套在次内层3的外表面，外层1紧紧套在中间层2的外表面。
外层1为石英陶瓷或陶瓷基复合材料，中间层2为氮化物材料或氧化铝材料；次内层3为石英类材料，内层4为气凝胶材料或陶瓷瓦材料。具体的，外层1采用石英类材料，石英类材料的热物理和力学性能稳定，具有防热与抗烧蚀性能，从而采用石英类材料作为外层1的材料其具有耐高温和抗冲刷性能的作用。中间层2采用氮化物材料或氧化铝材料，氮化物材料或氧化铝材料的力学强度高，从而采用氮化物材料或氧化铝材料作为中间层2的材料其具有很高的承受力。次内层3采用石英类材料，石英类材料的热物理和力学性能稳定，具有防热与抗烧蚀性能，从而采用石英类材料作为次内层3的材料其具有耐高温和抗冲刷性能的作用。内层4采用气凝胶材料或陶瓷瓦材料，气凝胶材料或陶瓷瓦材料具有低密度、低导热系数和低介电常数的性能，采用气凝胶材料或陶瓷瓦材料作为内层4的制作材料使得内层4具有很好的阻抗匹配特性。本实施例该种结构的外层材料耐高温，适应高温环境，中间层材料力学性能好，能够满足高力学载荷环境，并利用四层结构进行阻抗匹配设计，拓宽了频带宽度。并且该结构的内层有效减少了电磁波的能量反射，进一步拓宽了电磁波透过的频带宽度，使得在0～70°入射角范围内，Ku波段2.4GHz带宽范围内功率传输系数在70％以上，达到所要求的电性能指标。
本实施例的多层透波结构满足高温、高力学载荷条件下的Ku波段宽频带透波要求；本实施例的多层透波结构适应高速飞行器的高温和高载荷使用环境。
上述实施例中，外层1的厚度为3mm-6mm，相对介电常数为2.5-4.0。具体的，外层1的厚度选择在3mm-6mm范围内，使得外层1能够保证具有很好的防热与抗烧蚀性能的前提下，使得外层1的厚度保持在合理的范围内，使得该多层透波结构不会过重。优选的，外层1的厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6。
上述实施例中，中间层2的厚度为6mm-10mm，相对介电常数为6.0-12.0。具体的，中间层2的厚度选择在6mm-10mm范围内，使得中间层2在保证有很高的承受力的前提下，还能使得中间层2的厚度保持在合理的范围内，使得该多层透波结构不会过重。优选的，中间层2的厚度为9.2mm，相对介电常数为9.4。
上述实施例中，次内层3的厚度为3mm-6mm，相对介电常数为2.5-4.0。具体的，次内层3的厚度选择在3mm-6mm范围内，使得次内层3在保证具有很好的防热与抗烧蚀性能的前提下，使得次内层3的厚度保持在合理的范围内，使得该多层透波结构不会过重。优选的，次内层3的厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6。
上述实施例中，内层4的厚度为4mm-8mm，相对介电常数为1.2-1.6。具体的，内层4的厚度选择在4mm-8mm范围内，使得内层4在保证具有很好的低密度、低导热系数和低介电常数的性能的前提下，使得内层4的厚度保持在合理的范围内，使得该多层透波结构不会过重。优选的，内层4的厚度为4.5mm，相对介电常数为1.3。
本实施例合理分配外层1、中间层2、次内层3和内层4各层的厚度，使得组成的多层透波结构满足承载性能和防隔热要求的前提下，达到所要求的电性能指标。
本发明的多层透波结构满足高温、高力学载荷条件下的Ku波段宽频带透波要求；并且本发明的多层透波结构适应高速飞行器的高温和高载荷使用环境；并且本发明的多层透波结构满足承载性能和防隔热要求的前提下，合理分配各层的厚度，达到所要求的电性能指标。
实施例1
本实施例提供了一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，该结构包括外层1、中间层2、次内层3和内层4；其中，外层1、中间层2、次内层3和内层4依次相连接。
外层1的材料为石英陶瓷，厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6；中间层2的材料为氮化物材料，厚度为9.2mm，相对介电常数为9.4；次内层3的材料为石英陶瓷，厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6；内层4的材料为气凝胶材料，厚度为4.5mm，相对介电常数为1.3。
上述多层透波结构达到的效果为：天线罩在适应外表面1000℃以上的高温环境下，具有15000N·m-20000N·m的承载性能；在0～70°入射角范围内，垂直与水平两种极化方式下，最外层厚度能够适应不同的烧蚀，使得Ku波段2.4GHz带宽范围内功率传输系数在70％以上。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于包括：外层(1)、中间层(2)、次内层(3)和内层(4)；其中，
所述外层(1)、所述中间层(2)、所述次内层(3)和所述内层(4)依次相连接；
所述外层(1)为石英陶瓷或陶瓷基复合材料，所述中间层(2)为氮化物材料或氧化铝材料；所述次内层(3)为石英陶瓷或陶瓷基复合材料，所述内层(4)为气凝胶材料或陶瓷瓦材料。
2.根据权利要求1所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述外层(1)的厚度为3mm-6mm，相对介电常数为2.5-4.0。
3.根据权利要求1所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述中间层(2)的厚度为6mm-10mm，相对介电常数为6.0-12.0。
4.根据权利要求1所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述次内层(3)的厚度为3mm-6mm，相对介电常数为2.5-4.0。
5.根据权利要求1所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述内层(4)的厚度为4mm-8mm，相对介电常数为1.2-1.6。
6.根据权利要求2所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述外层(1)的厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6。
7.根据权利要求3所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述中间层(2)的厚度为9.2mm，相对介电常数为9.4。
8.根据权利要求4所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述次内层(3)的厚度为3.5mm，相对介电常数为2.6。
9.根据权利要求5所述的适应厚度变化的Ku波段宽频带多层透波结构，其特征在于：所述内层(4)的厚度为4.5mm，相对介电常数为1.3。
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