CN111541022A - 一种微带阵列天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微带阵列天线，包括：微带辐射阵面，其上有若干个阵元，用于发射和/或接收信号；安装底座，其与微带辐射阵面连接，安装底座上有若干个安装毛纽扣连接器，所述的毛纽扣连接器与微带辐射阵面中的阵元连接，用于传输信号；焊料层，其用于连接微带辐射阵面与安装底座，实现微带辐射阵面与安装底座的一体化焊接。本发明所使用的材料具有热膨胀系数低的特点，且各材料间的热膨胀系数相匹配，大大减小微带天线的变形，满足在大温差环境下的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于大温差环境的精密轻量化微带阵列天线。
背景技术
微带天线是在一个薄介质基片上，一面附上金属薄层作为接地板，另一面用光刻腐蚀方法制成一定形状的金属贴片，利用微带线或同轴探针对贴片馈电构成的天线。
传统的微带天线产品一般都在室温下应用，在结构选材上，未考虑材料由于热涨冷缩特性，导致变形，影响天线精度。
弹载环境的微带天线使用温度范围很宽，低温工作温度在-45℃，高温的工作温度+125℃。长航时飞行状态时，微带天线的瞬态温度甚至高达250℃。如图1所示，在低温至高温的温度循环中，传统的微带天线结构由于温度差而造成天线翘曲变形，难以满足产品的使用要求。
发明内容
本发明提供一种层压薄壁的微带阵列天线，使用的材料具有膨胀系数小、弹性模量大的特点，且材料间热膨胀系数匹配，大大减少了微带阵列天线的变形，满足在大温差环境下的使用要求。
为了实现上述目的，本发明提出了一种微带阵列天线，包括：
微带辐射阵面，其上有若干个阵元，用于发射和/或接收信号；
安装底座，其通过焊料层与微带辐射阵面连接，用于微带阵列天线结构的安装，所述的安装底座上开设有若干个安装孔，用于安装毛纽扣连接器，所述的毛纽扣连接器的一端位于安装孔内，另一端与微带辐射阵面中的阵元连接，用于传输信号；
焊料层，其位于微带辐射阵面与安装底座之间，用于实现微带辐射阵面与安装底座的一体化焊接。
优选地，所述的毛纽扣连接器的数量与微带辐射阵面中的阵元的数量相同。
优选地，所述的微带辐射阵面采用耐高温、热膨胀系数低、低介电常数以及低耗散因子的材料制成。
优选地，所述的安装底座采用热膨胀系数低，且与微带辐射阵面的热膨胀系数匹配的材料制成。
优选地，所述的安装底座的热膨胀系数与微带辐射阵面的热膨胀系数间的差值在±1ppm/℃以内。
优选地，所述的微带辐射阵面采用耐高温、热膨胀系数低、低介电常数以及低耗散因子的陶瓷填充和/或玻璃填充的材料。
优选地，所述的安装底座采用热膨胀系数低，且与微带辐射阵面的热膨胀系数匹配的高硅铝合金材料。
优选地，所述的毛纽扣连接器为由一根铍青铜丝绕制而成的圆柱形弹性体。
优选地，所述的焊料层由液相线280℃的金锡焊料制成，且焊料层的焊接表面采用电镀镍金工艺，镀镍层厚度为8～12um，金层厚度为0.3～0.5um。
本发明具有以下优势：
微带阵列天线所使用的材料具有热膨胀系数低的特点，各材料间的热膨胀系数匹配，大大减小微带天线的变形，满足在大温差环境下的使用要求。同时，微带天线的信号采用微小型毛纽扣连接器进行传输，实现微带阵列天线结构尺寸的小型化及轻量化。
附图说明
图1为传统的微带天线结构由于温度差而造成天线翘曲变形；
图2为本发明实施例提供的一种微带阵列天线的结构剖视图；
图3为本发明实施例提供的一种微带阵列天线的结构剖视图；
图4为本发明实施例提供的一种微带阵列天线的正面示意图；
图5为本发明实施例提供的一种微带阵列天线的反面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种微带阵列天线作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图2-图5所示，本发明提出了一种微带阵列天线，为层压薄壁结构，包括三层结构，第一层为微带辐射阵面2，第二层为焊料层3，第三层为安装底座4，
所述的微带辐射阵面2，其上有若干个阵元1，用于发射和/或接收信号；
所述的安装底座4，其通过焊料层3与微带辐射阵面2连接，用于微带阵列天线结构的安装；
所述的焊料层3，其位于微带辐射阵面2与安装底座4之间，用于实现微带辐射阵面2与安装底座3的一体化焊接。
具体地，微带辐射阵面2中阵元1的阵列规格为8×8，外形初步尺寸为48×40×1.6。为了满足航天器型化、轻量化的需求，微带辐射阵面2的厚度为0.5mm，安装底座4的厚度为1mm，焊料层3的厚度为0.1mm。
所述的微带辐射阵面2，其由耐高温、热膨胀系数低、低介电常数以及低耗散因子的材料制成。
具体地，所述的微带辐射阵面2由低膨胀耐高温材料CLTE-XT制成，该材料在聚四氟乙烯材料中加入耐高温、低膨胀的玻璃介质，显著降低了材料的热膨胀系数，并降低了材料对温度的尺寸敏感特性。微带辐射阵面2在-55℃～288℃范围内的X轴、Y轴、Z轴的热膨胀系数分别为：8ppm/℃、8ppm/℃、20ppm/℃。
所述的安装底座4，其由热膨胀系数低，且与微带辐射阵面2的热膨胀系数匹配的材料制成。
具体地，所述的安装底座4选择与微带辐射阵面1的热膨胀系列相匹配的高硅铝合金材料制成，该材料通过调整硅和铝的体积分数，设计65％Si-Al合金，并采用喷射成型的方式生产，实现各向同性。高硅铝合金经热等静压，实现材料的高致密。该材料的X轴、Y轴、Z轴的热膨胀系数分别为：8ppm/℃、8ppm/℃、8ppm/℃，实现安装底座4与微带辐射阵面2的热膨胀系数在X和Y方向的完全匹配。在极限高温、低温的温度循环过程中，微带阵列天线在X轴方向和Y轴方向不会翘曲，以此保证微带阵列天线的精度。
所述的安装底座4上开设有若干个安装孔，用于安装毛纽扣连接器5，所述的毛纽扣连接器5为微带阵列天线的电气接口，其一端位于安装孔内，其另一端与微带辐射阵面2中的阵元1连接，用于传输信号。所述的毛纽扣连接器5的数量与微带辐射阵面2中的阵元1的数量相同。
具体地，本实施例提出的毛纽扣连接器5数量为64个。所述的毛纽扣连接器5是由一根铍青铜丝按一定的规则绕制而成的圆柱形弹性体，且具有弹性触点。毛纽扣连接器5位于安装底座4上的安装孔内，且其弹性触点高出安装底座0.2～0.3mm。由于毛纽扣连接器5的安装基准都是安装底座4，通过底座的安装，可实现毛纽扣连接器5的一次定位，一次压紧。
微带辐射阵面Z轴方向的热膨胀系数略大，可通过弹性毛纽扣连接器5在Z轴方向上的弹性尺寸补偿，实现微带阵列天线射频信号的可靠性连接。
所述的焊料层3由液相线280℃的金锡焊料制成，且焊料层3的焊接表面采用电镀镍金工艺。
具体地，所述的焊料层3由液相线280℃的金锡焊料Au80Sn20制成，该金锡焊料的热膨胀系数为16ppm/℃。为了确保微带辐射阵面2和安装底座4的可焊接性，焊料层3的焊接表面采用电镀镍金工艺，镀镍层厚度为8～12um，金层厚度为0.3～0.5um。
本发明能够确保微带阵列天线的焊接变形小，使得微带阵列天线在极高温、低温等极限温度环境下，受温度影响小，满足航天器轻量化、高精密、大温差环境下使用的需求。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种微带阵列天线，其特征在于，包括：
微带辐射阵面(2)，其上有若干个阵元(1)，用于发射和/或接收信号；
安装底座(4)，其通过焊料层(3)与微带辐射阵面(2)连接，用于微带阵列天线结构的安装，所述的安装底座(4)上开设有若干个安装孔，用于安装毛纽扣连接器(5)，所述的毛纽扣连接器(5)的一端位于安装孔内，另一端与微带辐射阵面中的阵元(1)连接，用于传输信号；
所述的微带辐射阵面(2)采用耐高温、热膨胀系数低、低介电常数以及低耗散因子的材料；
所述的安装底座(4)采用热膨胀系数低，且与微带辐射阵面(2)的热膨胀系数相匹配的材料；
所述的焊料层(3)采用液相线280℃的金锡焊料。
2.如权利要求1所述的一种微带阵列天线，其特征在于，所述的焊料层(3)位于微带辐射阵面(2)与安装底座(4)之间，实现微带辐射阵面(2)与安装底座(4)的一体化焊接。
3.如权利要求1所述的一种微带阵列天线，其特征在于，所述的毛纽扣连接器(5)的数量与微带辐射阵面中的阵元(1)的数量相同。
4.如权利要求1所述的一种微带阵列天线，其特征在于，所述的安装底座(4)的热膨胀系数与微带辐射阵面(2)的热膨胀系数间的差值在±1ppm/℃以内。
5.如权利要求1所述的一种微带阵列天线，其特征在于，所述的微带辐射阵面(2)采用耐高温、热膨胀系数低、低介电常数以及低耗散因子的陶瓷填充和/或玻璃填充的材料。
6.如权利要求1所述的一种微带阵列天线，其特征在于，所述的安装底座(4)采用热膨胀系数低，且与微带辐射阵面(2)的热膨胀系数相匹配的高硅铝合金材料。
7.如权利要求1所述的一种微带阵列天线，其特征在于，所述的毛纽扣连接器(5)为由一根铍青铜丝绕制而成的圆柱形弹性体。
8.如权利要求1所述的一种微带阵列天线，其特征在于，所述的焊料层(3)的焊接表面采用电镀镍金工艺，镀镍层厚度为8～12um，金层厚度为0.3～0.5um。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200814 |
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