CN113097728B - 一种高强度双曲面共形微带缝隙天线的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高强度双曲面共形微带缝隙天线的制作方法，主要解决现有技术制作的天线与载体共形匹配度差，会破坏载体气动布局的问题。其制作步骤为：按双曲面载体要求制作金属底板(3)、塑形压板(6)和粘接压板(7)；通过微波印制板技术将刚性介质基板材料加工成平板形介质基板，并利用塑形压板对其逐步热压塑形，得到介质基板(1)；利用粘接压板通过热固化胶膜(2)对金属底板、介质基板、射频接头(4)进行组装、固定，并用高低温压力机热压固化，再喷涂三防涂层(5)，完成整个天线制作。本发明制作的天线具有机械环境适应性好，与载体共形匹配度高，散射面积小的优点，可用于隐身、气动性能要求较高的飞机或其他移动平台上。

Description

一种高强度双曲面共形微带缝隙天线的制作方法

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种高强度双曲面共形微带缝隙天线的制作方法，可用于飞机或其它移动平台上。

背景技术

曲面共形天线是指与能与飞机或其它移动平台曲面外形保持一致的天线，它能与平台结构外形融为一体，保证载体良好的气动布局和隐身特性，具有广泛的军用前景。

传统天线结构中的微带天线具有剖面低、体积小、重量轻、易于集成和共形的特点，其常用于制作共形天线，相关的专利文献中，中国专利申请公布号为CN111432568A公开了“一种共形微带贴片天线的制作方法”，按该方法制作微带贴片天线需使用微波柔性板材或含有聚四氟乙烯材料的柔性板材，这种板材有柔软易塑形和热变化率相对较大的特性，所以制作出的微带天线存在结构强度差且电性能不稳定的问题，不能满足当下飞机等移动平台对天线提出的机械环境适应性要求。

为了满足机械环境适应性要求，就需要选择热变化率小、强度较高的介质基板材料制作介质基板，这种基板材料通常是刚性较好的平板形，仅通过CN111432568A所述方法制作高强度共形天线时就达不到完美共形效果，特别是在进行双曲面塑形时还容易损坏基材，影响整个双曲面的共形匹配度，导致在飞机或其它移动平台上不能完全共形，会破坏载体的气动、隐身性能。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种高强度双曲面共形微带缝隙天线的制作方法，以解决现有技术制作的刚性曲面介质基板与飞机或其它移动平台共形匹配度差，会破坏载体气动布局的问题，满足载体对天线提出的机械环境适应性要求，提高载体的隐身性能。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

1.一种高强度双曲面共形微带缝隙天线的制作方法，所述天线包括：介质基板、热固化胶膜、金属底板、射频接头和三防涂层，其特征在于，制作步骤如下：

A)按双曲面载体要求制作与其曲面一致的金属底板及辅助工装，该辅助工装包括塑形压板和粘接压板；

B)利用刚性的碳氢化合物陶瓷材料，通过微波印制板技术加工制作成平板形介质基板；

C)利用曲面塑形压板对平板介质基板进行逐步热压塑形，获得与载体曲面相匹配的双曲面介质基板；

D)天线装配：先将金属底板与射频接头通过标准紧固件紧固，再在金属底板的上曲面覆热固化胶膜，然后在热固化胶膜上放置曲面介质基板，并与其下方金属底板的上曲面匹配共形，最后将初步组装好的天线装配体通过粘接压板固定再放入高低温压力机热压固化；

E)在固化后天线装配体的曲面介质基板外表面喷涂三防涂层，完成双曲面共形微带缝隙天线的制作。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明由于采用将金属底板、辅助工装统一按载体的双曲面参数设计，并一次切削加工成型，提高了金属底板和曲面介质基板与载体的共形匹配度。

2.本发明由于选用刚性的碳氢化合物陶瓷材料制作共形天线的曲面介质基板，提高了共形天线机械强度和电性能稳定性，能满足载体日益严苛的机械环境适应性要求。

3.本发明由于选用厚度均匀的片状热固化胶膜对曲面介质基板与金属底板进行固定，相较于常规微带天线的液态胶接、焊接、螺钉连接的固定方式，不仅提高了两者在固定时曲面贴合度，而且在保证天线粘接结构强度和共形匹配度的前提下降低了天线散射面积。

4.本发明的由于通过微波仿真设计三防涂层对天线进行保护，不用再设置天线保护罩，更容易满足载体对天线共形、轻量化、小型化的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的实现总流程图；

图2为本发明实施例中用塑形压板对刚性介质基板进行塑形的示意图；

图3为本发明中对天线装配的爆炸示意图；

图4为本发明实施例中用粘接压板对天线进行粘接装配的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本实施例要制作的高强度双曲面共形微带缝隙天线结构，包括：介质基板1、热固化胶膜2、金属底板3、射频接头4和三防涂层5，热固化胶膜2位于介质基板1与金属底板3之间，射频接头4固定在金属底板3的下方，三防涂层5覆于介质基板1的上方。

参照图1，本发明制作所述实施例天线的方法，其实现步骤如下。

步骤1，按双曲面载体要求制作与其曲面一致的金属底板3及辅助工装板。

所述双曲面载体是飞机或其他移动平台，金属底板3是共形微带缝隙天线的地板，辅助工装包括塑形压板6和粘接压板7，这两个压板分别用于介质基板塑形和粘接。

本步骤的实现如下：

1.1)获取双曲面载体的使用环境要求及其曲面参数，并确定辅助工装使用环境要求；

1.2)根据双曲面载体使用环境对金属底板3进行材料选择，本实施例选用高强度防锈铝；

1.3)根据辅助工装使用环境要求对辅助工装进行材料选择，本实施例选用高硬度模具钢；

1.4)使用三维仿真软件导入双曲面载体参数，通过该参数建立金属底板3及辅助工装曲面模型，并在金属底板3的下曲面设计安装方台和过孔，在辅助工装的塑形压板6上设计安装孔及定位销，在辅助工装的粘接压板7上设计安装孔和定位腔体；

1.5)将设计好的模型数据导入高精度的五轴数控加工中心，按模型数据对选择的金属材料一次切削成型，并将加工精度控制在0.1mm以内，保证金属底板3、塑形压板6和粘接压板7与双曲面载体的曲面一致性，得到曲面金属底板3如图3所示，得到曲面塑形压板6如图2所示，得到曲面粘接压板7如图4所示。

需要说明的是，金属底板3可根据载体对天线所提的重量、霉菌、盐雾这些环境要求选用其他可加工材料替代，另外本实施例的双曲面只是许多载体曲面类型中的一种，其他如圆柱面、圆锥面载体只需按其相应曲面参数进行调整就能实现，只要保证金属底板3、辅助工装的曲面参数与载体曲面一致，就能获得金属底板3和曲面介质基板1与载体较高的共形匹配度。

步骤2，利用刚性的碳氢化合物陶瓷材料，通过微波印制板技术加工制作成平板形介质基板。

所述刚性的碳氢化合物陶瓷是一种强度高、热变化率较小的介质基板材料，通过微波印制板技术将碳氢化合物陶瓷材料进行双面覆铜，并在基材内部排布金属柱，金属柱与表面的辐射缝隙形成缝隙腔结构，再在介质基板中心设金属化通孔作为馈电点，得到微带缝隙天线的平板形介质基板。

所述刚性介质基板材料包括碳氢化合物陶瓷材料但不限于该材料，其他具有强度高、热变化率小特点的陶瓷复合类介质基板材料亦可以采用。

步骤3，利用曲面塑形压板6对平板介质基板进行逐步热压塑形，获得与载体曲面相匹配的双曲面介质基板1。

参照图2，本步骤的实现如下：

3.1)将平板介质基板放入两个曲面塑形压板6上下压板双曲面之间进行预压塑形，塑形时两个压板通过压板定位销定位，平板介质基板与塑形压板6通过介质基板定位销定位，并通过塑形压板6上压板自身重力加压，对平板介质基板进行预塑形，如图2(a)；

3.2)将预塑形后的平板介质基板与塑形压板6放入烘箱整体加热至100℃～120℃，并保持两1～2小时；

3.3)从烘箱取出加热后的预塑形平板介质基板与塑形压板6，立即用螺栓穿过塑形压板6四周安装孔并拧紧，以通过螺栓预紧力对介质基板进行全面塑形，如图2(b)；

3.4)将全面塑形后的介质基板与塑形压板6放入烘箱整体加热至250℃～260℃并保持两1.5～2小时定型，该加热温度与保温时长可根据基材材料的属性参数进行增减调整，最大限度的保护刚性复合基材在塑形时不受损伤，以达到最佳塑形目的；

3.5)从烘箱取出加热后的塑形介质基板与塑形压板6并常温放凉，拆下塑形压板6上的紧固螺栓，取出定型后与载体曲面一致的曲面介质基板1。

步骤4，天线装配。

参照图3、图4，本步骤的具体实现如下：

4.1)将金属底板3与射频接头4通过标准紧固件紧固；

4.2)在紧固好射频接头4的金属底板3的上曲面覆热固化胶膜2，然后在热固化胶膜2上放置曲面介质基板1，并与其下方金属底板3的上曲面匹配共形，初步组装成天线装配体，所用的热固化胶膜2，可根据天线的导电或绝缘需求选用导热导电粘合薄膜或中温固化J-272系列结构胶膜。

4.3)将初步组装好的天线装配体放入两个曲面粘接压板7的上下压板双曲面之间，并通过粘接压板7下压板定位腔体定位，如图4(a)，定位后盖上粘接压板7上压板进行固定，固定时两个压板通过压板定位销定位，如图4(b)，固定后放入高低温压力机并按热固化胶膜2热压参数进行热压固化；

4.4)从高低温压力机中取出固化后的天线装配体与粘接压板7并常温放凉，拆掉粘接压板7，得到固化后的天线装配体。

步骤5，在固化后天线装配体的曲面介质基板1外表面喷涂三防涂层5，完成双曲面共形微带缝隙天线的制作。

在曲面介质基板1的外表面涂覆三防涂层5，其厚度根据微波仿真软件进行确定，以在保证天线电性能指标的前提下保证天线的三防性能。

本实施例中所用的三防涂层，还可以采用其他具备可见光或红外隐身能力的涂层替代，以优化天线隐身性能。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些是基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高强度双曲面共形微带缝隙天线的制作方法，所述天线包括：介质基板(1)、热固化胶膜(2)、金属底板(3)、射频接头(4)和三防涂层(5)，其特征在于，制作步骤如下：

A)按双曲面载体要求制作与其曲面一致的金属底板(3)及辅助工装，该辅助工装包括塑形压板(6)和粘接压板(7)；

B)利用刚性的碳氢化合物陶瓷材料，通过微波印制板技术加工制作成平板形介质基板；

C)利用曲面塑形压板(6)对平板介质基板进行逐步热压塑形，获得与载体曲面相匹配的双曲面介质基板(1)；

D)天线装配：先将金属底板(3)与射频接头(4)通过标准紧固件紧固，再在金属底板(3)的上曲面覆热固化胶膜(2)，然后在热固化胶膜(2)上放置曲面介质基板(1)，并与其下方金属底板(3)的上曲面匹配共形，最后将初步组装好的天线装配体通过粘接压板(7)固定再放入高低温压力机热压固化；

E)在固化后天线装配体的曲面介质基板(1)外表面喷涂三防涂层(5)，完成双曲面共形微带缝隙天线的制作。

2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，A)中按双曲面载体要求制作与其曲面一致的金属底板(3)及辅助工装，实现如下：

A1)对金属底板(3)及辅助工装进行材料选择，金属底板(3)选用高强度防锈铝，辅助工装选用高硬度模具钢；

A2)使用三维仿真软件按载体的双曲面参数建立金属底板(3)及辅助工装模型，并在金属底板(3)的下曲面设计安装方台和过孔，在辅助工装的塑形压板(6)上设计安装孔及定位销，在辅助工装的粘接压板(7)上设计安装孔和定位腔体；

A3)将设计好的模型数据导入高精度的五轴数控加工中心，按模型数据对选择的金属材料一次切削成型，保证两者双曲面精度在0.1mm以内，得到制作好的曲面金属底板(3)、曲面塑形压板(6)和曲面粘接压板(7)。

3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，B)中制作平板形介质基板，是通过微波印制板技术将碳氢化合物陶瓷材料进行双面覆铜，并在基材内部排布金属柱，金属柱与表面的辐射缝隙形成缝隙腔结构，再在介质基板中心设金属化通孔作为馈电点。

4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，C)中利用曲面塑形压板(6)对平板介质基板进行逐步热压塑形，实现如下：

C1)将平板介质基板放入曲面塑形压板(6)的上下双曲面之间进行预压塑形，塑形时通过平板介质基板馈电孔与塑形压板(6)的定位销配合定位，并通过压板自身重力加压；

C2)将预塑形后的介质基板与塑形压板(6)放入烘箱整体加热至100℃～120℃并保持两1～2小时；

C3)从烘箱取出加热后的介质基板与塑形压板(6)，立即用螺栓穿过塑形压板(6)四周安装孔并拧紧，以通过螺栓预紧力对介质基板进行全面塑形；

C4)将全面塑形后的介质基板与塑形压板(6)放入烘箱整体加热至250℃～260℃并保持两1.5～2小时定型；

C5)从烘箱取出加热后的介质基板与塑形压板(6)并常温放凉，拆下塑形压板(6)上的紧固螺栓，取出定型后与载体曲面一致的曲面介质基板(1)。

5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，D)中所用的热固化胶膜(2)，采用导热导电粘合薄膜或中温固化J-272系列结构胶膜。

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