CN112028658A - 一种电磁性能可控的透波结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电磁性能可控的透波结构，所述透波结构包括从上到下依次设置的第一致密层、三维点阵夹层和第二致密层，所述第一致密层的致密度和所述第二致密层的致密度均高于所述三维点阵夹层的致密度。应用本发明的技术方案，将透波结构的中间夹层采用三维点阵夹层，能够降低透波结构的介电常数，从而提高透波结构的电磁性能，进而提高透波结构的透波性能，且基于三维点阵夹层的内部结构实现了透波结构的电磁性能可控；同时在满足承载需求的基础上实现了透波结构的轻量化。

Description

一种电磁性能可控的透波结构
技术领域
本发明涉及透波材料与结构技术领域，尤其涉及一种电磁性能可控的透波结构。
背景技术
现有透波结构常为致密层级结构，根据既定的透波材料手工编织等方法得到层间组合结构，通过烧蚀或热压成型，往往材料介电性能即决定了结构的透波性能，结构的透波特性很难进一步改善。
目前，为了改善透波结构的透波特性，在致密透波结构中增加造孔剂，通过造孔剂在反应烧结的过程中挥发逸出形成孔隙，以降低结构的介电常数。通过造孔剂产生的孔的排布方式随机不可控制，且易存在缺陷，无法满足透波结构的应用环境。
发明内容
本发明提供了一种电磁性能可控的透波结构，能够解决现有透波结构内孔的排布方式不可控和易产生缺陷的技术问题。
本发明提供了一种电磁性能可控的透波结构，所述透波结构包括从上到下依次设置的第一致密层、三维点阵夹层和第二致密层，所述第一致密层的致密度和所述第二致密层的致密度均高于所述三维点阵夹层的致密度。
优选的，所述三维点阵夹层包括沿厚度方向设置的多层第一胞元结构，每一层所述第一胞元结构包括多个第一胞元本体，所述第一胞元本体为叉形，包括交于一点的三根或者四根杆件；所述第一胞元本体的杆件直径均相同；所述第一胞元本体的大小均相同。
优选的，所述三维点阵夹层包括沿厚度方向设置的多层第一胞元结构，每一层所述第一胞元结构包括多个第一胞元本体，所述第一胞元本体为叉形，包括交于一点的三根或者四根杆件；所述杆件直径和/或所述第一胞元本体的大小从所述三维点阵夹层的中间层向所述三维点阵夹层的上、下层逐渐变大。
优选的，所述三维点阵夹层厚度的范围为4-6mm。
优选的，所述第一胞元本体的大小的范围为0.5-3mm，所述杆件直径的范围为0.1-1mm。
优选的，所述第一致密层和所述第二致密层均包括沿厚度方向设置的一层或者多层第二胞元结构，每一层所述第二胞元结构包括多个第二胞元本体，所述第二胞元本体是空心的。
优选的，所述第一致密层厚度的范围为0.5-1mm，所述第二致密层厚度的范围为0.5-1mm。
优选的，所述第二胞元本体壁厚的范围为0.05-0.1mm，所述第二胞元本体的大小的范围为0.2-0.4mm。
优选的，所述第一致密层的致密度大于或者等于80％，所述第二致密层的致密度大于或者等于70％。
优选的，所述第一致密层的材料、所述三维点阵夹层的材料和所述第二致密层的材料均为陶瓷材料。
应用本发明的技术方案，将透波结构的中间夹层采用三维点阵夹层，能够降低透波结构的介电常数，从而提高透波结构的电磁性能，进而提高透波结构的透波性能，且基于三维点阵夹层的内部结构实现了透波结构的电磁性能可控；同时在满足承载需求的基础上实现了透波结构的轻量化。本发明的透波结构调控介电性能的能力强，范围大，透波性能显著提升。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的一种实施例提供的透波结构的立体示意图；
图2示出了图1中的致密夹层为均质变化时的透波结构的平面示意图；
图3示出了图1中第一胞元本体的立体示意图；
图4示出了图1中是致密夹层为梯度变化时的透波结构的平面示意图；
图5示出了图1中第二胞元本体的立体示意图。
附图标记说明
10、第一致密层； 11、第二胞元本体； 20、三维点阵夹层；
21、第一胞元本体； 211、杆件； 30、第二致密层。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了根据本发明的一种实施例提供的透波结构的立体示意图。如图1所示，本发明提供了一种电磁性能可控的透波结构，所述透波结构包括从上到下依次设置的第一致密层10、三维点阵夹层20和第二致密层30，所述第一致密层10的致密度和所述第二致密层30的致密度均高于所述三维点阵夹层20的致密度。
应用本发明的技术方案，将透波结构的中间夹层采用三维点阵夹层20，能够降低透波结构的介电常数，从而提高透波结构的电磁性能，进而提高透波结构的透波性能，且基于三维点阵夹层20的内部结构实现了透波结构的电磁性能可控；同时在满足承载需求的基础上实现了透波结构的轻量化。本发明的透波结构调控介电性能的能力强，范围大，透波性能显著提升。
图2示出了图1中的致密夹层为均质变化时的透波结构的平面示意图。如图2所示，根据本发明的一种实施例，所述三维点阵夹层20包括沿厚度方向设置的多层第一胞元结构，每一层所述第一胞元结构包括多个第一胞元本体21，所述第一胞元本体21为叉形，包括交于一点的三根或者四根杆件211；所述第一胞元本体21的杆件直径均相同；所述第一胞元本体21的大小均相同。采用上述配置方式，当电磁波从第一致密层10入射时，三维点阵夹层20的介电性能与实心材料相比有大幅度降低。第一胞元本体21的立体示意图如图3所示。
其中，将第一胞元本体21放置于直角坐标系中，并分别投影于x轴、y轴和z轴上，选取投影在x轴、y轴或z轴的值中最大的一个定义为第一胞元本体21的大小。
在本发明中，通过调整第一胞元本体21的大小和杆件直径来调整三维点阵夹层20的介电常数，实现透波结构的电磁性能可控。
图4示出了图1中是致密夹层为梯度变化时的透波结构的平面示意图。如图4所示，根据本发明的一种实施例，所述三维点阵夹层20包括沿厚度方向设置的多层第一胞元结构，每一层所述第一胞元结构包括多个第一胞元本体21，所述第一胞元本体21为叉形，包括交于一点的三根或者四根杆件211；所述杆件直径和/或所述第一胞元本体21的大小从所述三维点阵夹层20的中间层向所述三维点阵夹层20的上、下层逐渐变大。
此外，将第一胞元本体21的杆件直径设置为从三维点阵夹层20的中间层向三维点阵夹层20的上、下层逐渐变大，或者将第一胞元本体21的大小设置为从三维点阵夹层20的中间层向三维点阵夹层20的上、下层逐渐变大，或者将第一胞元本体21的大小和杆件直径同时设置为从三维点阵夹层20的中间层向三维点阵夹层20的上、下层逐渐变大，可以更进一步降低透波结构的介电常数。同时，将第一胞元本体21的大小设置为从三维点阵夹层20的中间层向三维点阵夹层20的上、下层逐渐变大，可以使第一致密层10、三维点阵夹层20和第二致密层30之间的界面具有更好的连续性。其中，通过杆件的长短的变化来实现第一胞元本体21的大小的变化。
根据本发明的一种实施例，所述三维点阵夹层20厚度的范围为4-6mm。
根据本发明的一种实施例，所述第一胞元本体21的大小的范围为0.5-3mm，所述杆件直径的范围为0.1-1mm。
从上述对应范围中选取第一胞元本体21的大小和杆件直径，由此构成的三维点阵夹层20的介电常数可以达到最佳范围，从而使透波结构的电磁性能最好。
此外，以第一胞元本体21的大小和杆件直径同时从三维点阵夹层的中间层向三维点阵夹层的上、下层逐渐变大为例，对第一胞元本体21尺寸参数的选择进行具体说明。例如，在0.5-3mm的范围中任意选择两个值作为三维点阵夹层20中的中间层和最下层的第一胞元本体21的大小，在0.1-1mm的范围中任意选择两个值作为三维点阵夹层20中的中间层和最下层的第一胞元本体21的杆件直径，在此基础上根据从中间层向上、下层逐渐变大的规律得到三维点阵夹层20。其中，最上层的第一胞元本体21的大小和杆件直径与最下层的第一胞元本体21的大小和杆件直径均相同。此时，三维点阵夹层20的中间层的第一胞元本体21的大小和杆件直径最小，三维点阵夹层20的最上层和最下层的第一胞元本体21的大小和杆件直径最大。
根据本发明的一种实施例，所述第一致密层10和所述第二致密层30均包括沿厚度方向设置的一层或者多层第二胞元结构，每一层所述第二胞元结构包括多个第二胞元本体11，所述第二胞元本体11是空心的。其中，第一致密层10和第二致密层30均为多孔的高致密层。通过这种配置方式，使第一致密层10和第二致密层30具有承载作用。第二胞元本体11的立体示意图如图5所示。
根据本发明的一种实施例，所述第一致密层10厚度的范围为0.5-1mm，所述第二致密层30厚度的范围为0.5-1mm。
根据本发明的一种实施例，所述第二胞元本体11壁厚的范围为0.05-0.1mm，所述第二胞元本体11的大小的范围为0.2-0.4mm。通过这种配置方式，使第一致密层10和第二致密层30的承载效果更好。
根据本发明的一种实施例，所述第一致密层10的致密度大于或者等于80％，所述第二致密层30的致密度大于或者等于70％。三维点阵夹层20为低致密层，综合可得，透波结构的致密度的范围为22.35％-50％。
根据本发明的一种实施例，所述第一致密层10的材料、所述三维点阵夹层20的材料和所述第二致密层30的材料均为陶瓷材料。
本发明的透波结构采用陶瓷3D打印技术一体式成型，第一致密层10、第二致密层30和三维点阵夹层20之间无需粘结剂。
本发明将一种传统的轻量化结构(三维点阵结构)用在透波窗口上，与现有的单一致密透波结构相比，可实现透波结构介电常数下降为原来的30％以下，同时在满足一定承载需求基础上实现结构轻量化。本发明的透波结构具有低介电常数、轻质化和耐高温的功能。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁性能可控的透波结构，其特征在于，所述透波结构包括从上到下依次设置的第一致密层、三维点阵夹层和第二致密层，所述第一致密层的致密度和所述第二致密层的致密度均高于所述三维点阵夹层的致密度。
2.根据权利要求1所述的透波结构，其特征在于，所述三维点阵夹层包括沿厚度方向设置的多层第一胞元结构，每一层所述第一胞元结构包括多个第一胞元本体，所述第一胞元本体为叉形，包括交于一点的三根或者四根杆件；所述第一胞元本体的杆件直径均相同；所述第一胞元本体的大小均相同。
3.根据权利要求1所述的透波结构，其特征在于，所述三维点阵夹层包括沿厚度方向设置的多层第一胞元结构，每一层所述第一胞元结构包括多个第一胞元本体，所述第一胞元本体为叉形，包括交于一点的三根或者四根杆件；所述杆件直径和/或所述第一胞元本体的大小从所述三维点阵夹层的中间层向所述三维点阵夹层的上、下层逐渐变大。
4.根据权利要求2或3所述的透波结构，其特征在于，所述三维点阵夹层厚度的范围为4-6mm。
5.根据权利要求2或3所述的透波结构，其特征在于，所述第一胞元本体的大小的范围为0.5-3mm，所述杆件直径的范围为0.1-1mm。
6.根据权利要求4或5所述的透波结构，其特征在于，所述第一致密层和所述第二致密层均包括沿厚度方向设置的一层或者多层第二胞元结构，每一层所述第二胞元结构包括多个第二胞元本体，所述第二胞元本体是空心的。
7.根据权利要求6所述的透波结构，其特征在于，所述第一致密层厚度的范围为0.5-1mm，所述第二致密层厚度的范围为0.5-1mm。
8.根据权利要求6所述的透波结构，其特征在于，所述第二胞元本体壁厚的范围为0.05-0.1mm，所述第二胞元本体的大小的范围为0.2-0.4mm。
9.根据权利要求1所述的透波结构，其特征在于，所述第一致密层的致密度大于或者等于80％，所述第二致密层的致密度大于或者等于70％。
10.根据权利要求1所述的透波结构，其特征在于，所述第一致密层的材料、所述三维点阵夹层的材料和所述第二致密层的材料均为陶瓷材料。
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