CN107020378A - 太赫兹波纹喇叭天线的制备方法 - Google Patents

太赫兹波纹喇叭天线的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太赫兹波纹喇叭天线的制备方法，所述方法包括：获取太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据；根据模型切片数据设置3D打印参数；根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体；通过流体介质对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行处理，获得太赫兹波纹喇叭天线。本发明提供的太赫兹波纹喇叭天线的制备方法，制作精度高、周期短、自由度高、成本低。

Description

太赫兹波纹喇叭天线的制备方法
技术领域
本发明涉及太赫兹天线领域，特别是涉及一种太赫兹波纹喇叭天线的制备方法。
背景技术
天线作为雷达与外界传递信息的关键部件，它的性能对整个雷达系统具有重要的影响。在整个天馈系统中，馈源的性能直接影响被照射天线的整体性能。波纹喇叭天线辐射方向图可以做到圆对称，而且工作频段宽，副瓣电平低，交叉极化分量小，相位特性好，用作馈源，可使反射面天线效率提高到75％-80％。
传输太赫兹波的波纹喇叭天线的内腔特征尺寸要求更小，需要达到亚毫米级，而精度要求更高。波纹喇叭天线制造关键在于内腔波纹结构的精密微细制造，而当前难以用传统工艺路线对亚毫米尺寸的内腔波纹结构进行直接精密加工成形。
发明内容
基于此，有必要针对上述难于制备的问题，提供一种太赫兹波纹喇叭天线的制备方法。
一种太赫兹波纹喇叭天线的制备方法，其中，所述方法包括：
获取太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据；
根据模型切片数据设置3D打印参数；
根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体；
通过流体介质对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行处理，获得太赫兹波纹喇叭天线。
在其中一个实施例中，所述获取太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据的步骤包括：
获取太赫兹波纹喇叭天线的三维数字模型；
将三维数字模型进行切片处理，获得太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据。
在其中一个实施例中，在根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体的步骤中通过激光烧结的方式对打印材料进行烧结。
在其中一个实施例中，所述打印材料为铜基金属粉末。
在其中一个实施例中，在激光烧结的方式中，激光功率为50W-500W，扫描间距为0.01mm-0.4mm，扫描速度为10mm/s至500mm/s。
在其中一个实施例中，在激光烧结的方式中，激光功率为350W，扫描间距为0.15mm，扫描速度为100mm/s，铺粉层厚0.1mm。
在其中一个实施例中，在所述根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体的步骤中，采用分组变向扫描的方式对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行扫描，且层与层之间的时间间隔为1s。
在其中一个实施例中，流体介质为气体，保温范围为500℃-1000℃，压强范围为100Mpa-160Mpa，时间为1小时-10小时。
在其中一个实施例中，所述流体介质为氩气，保温温度为700℃，保压压强为140Mpa，保温时间为2小时。
本发明提供的基于3D打印技术的太赫兹波纹喇叭天线的制备方法，采用3D打印技术，具有制作精度高、周期短、自由度高、成本低等优点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的太赫兹波纹喇叭天线制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的太赫兹波纹喇叭的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1，本发明实施例提供的基于3D打印技术的太赫兹波纹喇叭天线的制备方法，包括：
步骤S10，获取太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据；
步骤S20，根据模型切片数据设置3D打印参数；
步骤S30，根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体；
步骤S40，通过流体介质对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行处理，获得太赫兹波纹喇叭天线。
具体的，在步骤S10中，太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据可通过以下方式获取：
步骤S11，获取太赫兹波纹喇叭天线的三维数字模型；
步骤S13，将三维数字模型进行切片处理，获得太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据。
在步骤S11中，可利用计算机软件制作太赫兹波纹喇叭天线的三维数字模型。
在步骤S13中，可通过将三维数字模型转换为STL格式，然后再对STL格式进行切片处理，获得模型切片数据，并传送至3D打印平台。
在步骤S20中，可根据模型切片数据设置3D打印平台的3D打印参数，该3D打印参数可包括3D打印材料、单层厚度等。所述3D打印材料可为金属粉末，单层厚度可为0.01mm至0.5mm，可以根据太赫兹波纹喇叭天线的质量需要进行选择。该金属粉末的具体材料可以根据需要进行选择，本实施例中，该3D打印材料为铜(Cu)基金属粉末，如Cu-CuSn，Cu-SCuP等，单层厚度为0.1mm。
在步骤S30中，3D打印平台根据设置的3D打印参数，将3D打印材料进行层层打印，得到太赫兹波纹喇叭天线胚体。具体的，在逐层打印形成太赫兹波纹喇叭天线胚体的过程中，每铺设一层3D打印材料，则可对每一层的3D打印材料形成的太赫兹波纹喇叭天线胚体进行烧结。具体的，可采用激光烧结的方式，对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行烧结，得到太赫兹波纹喇叭天线初始模型。在激光烧结的过程中，烧结参数可以根据3D打印材料进行选择。具体的，激光功率可为50W-500W，扫描间距可为0.01mm-0.4mm，扫描速度可为10mm/s至500mm/s，铺粉厚度0.1mm-0.5mm，以避免过薄或过厚导致太赫兹波纹喇叭出现空隙或不平整。本实施例中，该激光功率为350W，扫描间距为0.15mm，扫描速度为100mm/s，铺粉层厚0.1mm。由于激光功率、扫描间距、扫描速度以及铺分厚度为相辅相成、互为制约的，通过设定上述打印参数，使得最终打印得到铜基太赫兹波纹喇叭天线表面平整，密度高，强度大，且具有更高的传输性能。进一步，在打印的过程中，激光可通过分组变向扫描的方式，对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行扫描，层与层之间的时间间隔可为1s，以提高太赫兹波纹喇叭天线的质量。
在步骤S40中，可采用热等静压的方式通过流体介质对太赫兹波纹喇叭天线初始模型进行处理以施加压力，其中，流体介质可为气体，保温范围可为500℃-1000℃，压强范围可为100Mpa-160Mpa，时间可为1h-10h。作为具体的实施例，流体介质选用惰性气体，例如氩气，保温温度700℃，保压压强140Mpa，保温时间2h，从而能够充分消除太赫兹波纹喇叭天线内部的气孔，使得太赫兹波纹喇叭天线的表面更加的光洁、平整，在提高太赫兹波纹喇叭天线的密度及强度的同时，提高的太赫兹波纹喇叭天线的整体性能。
上述实施例提供的基于3D打印技术的太赫兹波纹喇叭天线的制备方法，采用3D打印技术制作太赫兹雷达的喇叭馈源结构，表面平整，具有制作精度高、周期短、自由度高、成本低等优点。
请一并参阅2，本发明上述实施例制备的中心频率670GHz太赫兹波纹喇叭天线包括喇叭本体，所述喇叭本体输入半径ai＝3λ/2π＝0.21mm，喇叭口面半径a0＝2.8λc＝1.26mm，喇叭长度L＝9λc＝4.05mm，本体的内壁上设置有多个环形凹槽，波纹深度d＝λ/4＝0.12mm，波纹周期p＝L/N，N为环形凹槽的数量，且p满足λc/10≤p≤λc/5，本实施例中，p＝0.09mm，槽宽w＝0.02mm，齿厚t＝0.07mm。其中，λ为入射波长，c为光束。在上述尺寸条件下，通过上述3D打印参数打印的太赫兹波纹喇叭天线，表面更加的光洁、平整，太赫兹波纹喇叭天线的密度高、强度大，能够有效的抑制噪音，具有优良的传输性能。
具体的，该喇叭本体的内径沿延伸方向逐渐变大，所述环形凹槽的深度保持不变，所述环形凹槽的半径逐渐变大。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种太赫兹波纹喇叭天线的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获取太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据；
根据模型切片数据设置3D打印参数；
根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体；
通过流体介质对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行处理，获得太赫兹波纹喇叭天线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据的步骤包括：
获取太赫兹波纹喇叭天线的三维数字模型；
将三维数字模型进行切片处理，获得太赫兹波纹喇叭天线的模型切片数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体的步骤中通过激光烧结的方式对打印材料进行烧结。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述打印材料为铜基金属粉末。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在激光烧结的方式中，激光功率为50W-500W，扫描间距为0.01mm-0.4mm，扫描速度为10mm/s至500mm/s。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在激光烧结的方式中，激光功率为350W，扫描间距为0.15mm，扫描速度为100mm/s，铺粉层厚0.1mm。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述根据3D打印参数打印太赫兹波纹喇叭天线胚体的步骤中，采用分组变向扫描的方式对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行扫描，且层与层之间的时间间隔为1s。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，采用热等静压的方式通过流体介质对太赫兹波纹喇叭天线胚体进行处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，流体介质为气体，保温范围为500℃-1000℃，保压压强范围为100Mpa-160Mpa，保温时间为1小时-10小时。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述流体介质为氩气，保温温度为700℃，保压压强为140Mpa，保温时间为2小时。
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