CN113471691B - 一种w波段天线罩 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种W波段天线罩及其制备方法，W波段天线罩包括直接透波区和非直接透波区，直接透波区为半波壁结构，并且非直接透波区为多阶半波壁结构；半波壁结构和多阶半波壁结构均采用石英纤维增强树脂基复合材料和透波涂层组成；其中，石英纤维增强树脂基复合材料是由石英纤维和树脂组成的预浸料复合而成的；多阶半波壁结构的厚度大于半波壁结构的厚度。本发明提供一种应用于W波段的具有高透波性能、低隔离度降低功能和强度特性的天线罩。

Description

一种W波段天线罩
技术领域
本发明实施例涉及天线罩技术领域，特别涉及一种W波段天线罩及其制备方法。
背景技术
天线罩又称为雷达天线罩，是保护天线免受自然环境影响的壳体结构，作为雷达系统的重要组成部分，其重要性在于为雷达天线提供全天候的工作环境，现广泛应用的有大型地面雷达罩、机载雷达罩、舰载雷达罩、导弹天线罩等。天线罩作为保护天线的电磁窗口，既要满足天线透波要求又要在所受载荷作用下，需保持稳定的、完整的状态，不发生有害变形和破坏。
W波段(75-110GHz)属于毫米波波段中的大气窗口频段，该频段的辐射能有效穿透大气层，在电子战、雷达导引头、卫星通信、气象预测等方面有重要应用。目前应用于W波段的天线罩较少，且目前常规的天线罩制备工艺得到的天线罩强度较低、易损坏，并不能满足W波段下较大尺寸天线罩的应用甚至其他高强度的使用要求。因此，目前迫切需要制备一种具有高透波性能、低隔离度降低功能和强度特性的应用于W波段的天线罩。
发明内容
本发明实施例提供了一种W波段天线罩及其制备方法，能够提供一种应用于W波段的具有高透波性能、低隔离度降低功能和强度特性的天线罩。
第一方面，本发明提供了一种W波段天线罩，
所述W波段天线罩包括直接透波区和非直接透波区，所述直接透波区为半波壁结构，并且所述非直接透波区为多阶半波壁结构；
所述半波壁结构和所述多阶半波壁结构均采用石英纤维增强树脂基复合材料和透波涂层组成；其中，所述石英纤维增强树脂基复合材料是由石英纤维和树脂组成的预浸料复合而成的；
所述多阶半波壁结构的厚度大于所述半波壁结构的厚度。
优选地，所述半波壁结构的厚度为0.8-1.2mm。
优选地，所述多阶半波壁结构的厚度为3.2-5.2mm。
优选地，所述透波涂层的厚度为0.05-0.2mm。
优选地，所述树脂为氰酸酯树脂、环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚芳炔树脂、邻苯二甲腈树脂中的至少一种。
更优选地，所述树脂为氰酸酯树脂或环氧树脂。
优选地，所述透波涂层为氟塑料或聚氨酯。
优选地，所述W波段天线罩为异型件或非异型件。
第二方面，本发明提供了上述第一方面的W波段天线罩的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上对应直接透波区的区域铺覆用于形成所述直接透波区的第一预浸料，并在对应非直接透波区的区域铺覆用于形成所述非直接透波区的第二预浸料，然后进行复合，得到天线罩蒙皮；
(2)在所述天线罩蒙皮的非直接透波区对应的区域的内侧铺覆所述第二预浸料，然后进行复合，再在所述天线罩蒙皮的外侧涂覆透波涂层，得到所述W波段天线罩。
优选地，所述第一预浸料与所述第二预浸料为相同或不同。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
(1)本发明采用半波壁结构和多阶半波壁结构相结合的方式，对天线罩进行分区设计，使得采用半波壁结构的直接透波区具有高透波性能；同时使得采用多阶半波壁结构的非直接透波区在具有一定的透波性能并减少反射对天线罩隔离度的降低的前提下，保证天线罩的结构强度，进一步防止其受外力的影响而变形甚至损坏，从而实现天线罩在W波段的高透波、低隔离度降低功能和强度特性的统一。
(2)本发明提供的一种W波段天线罩制备方法，简单易行，实用性强，制备得到的W波段天线罩能满足较大尺寸天线罩的应用甚至其他高强度的使用要求，有利于工业化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明实施例1提供的一种W波段天线罩的剖面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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的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。
如图1所示，本发明实施例提供的一种W波段天线罩，
所述W波段天线罩包括直接透波区和非直接透波区，所述直接透波区为半波壁结构101，并且所述非直接透波区为多阶半波壁结构102；
所述半波壁结构和所述多阶半波壁结构均采用石英纤维增强树脂基复合材料a和透波涂层b组成；其中，所述石英纤维增强树脂基复合材料是由石英纤维和树脂组成的预浸料复合而成的；
所述多阶半波壁结构的厚度大于所述半波壁结构的厚度。
需要说明的是，图1中半波壁结构101由石英纤维增强树脂基复合材料a和透波涂层b组成，其中a和b之间并无芯层；多阶半波壁结构102中的石英纤维增强树脂基复合材料a和透波涂层b组成。
在本发明中，如图1所示，多阶半波壁结构102的厚度大于半波壁结构101的厚度，如此，则保证了W波段天线罩的结构强度，进一步防止其受外力的影响而变形甚至损坏，使得该天线罩在恶劣环境下不会发生影响使用的变形，避免发生脱落或结构破坏等情况，增强了该天线罩的适用性。
在本发明中，由于石英纤维对W波段的透波性能更好，因而选择了石英纤维增强树脂基复合材料。
需要说明的是，根据W波段天线罩的应用场景，以及雷达天线的外形尺寸、挂载位置和波束可能扫过的范围确定所述直接透波区。
根据一些优选的实施方式，所述半波壁结构的厚度为0.8-1.2mm。
例如，半波壁结构的厚度可以为0.8mm、0.85mm、0.9mm、0.95mm、1.0mm、1.05mm、1.1mm、1.15mm或1.2mm。
根据一些优选的实施方式，所述多阶半波壁结构的厚度为3.2-5.2mm。
例如，多阶半波壁结构的厚度可以为3.2mm、3.4mm、3.5mm、3.6mm、3.8mm、4.0mm、4.2mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.8mm、5.0mm或5.2mm。
根据一些优选的实施方式，所述透波涂层的厚度为0.05-0.2mm。
经过实验证实，透波涂层厚度过大则会影响W波段天线罩的透波率，厚度过小则不能起到对石英纤维增强树脂基复合材料的保护作用，因此，选择透波涂层的厚度为0.05-0.2mm(例如，可以为0.05mm、0.1mm、0.15mm或0.2mm)。
根据一些优选的实施方式，所述树脂为氰酸酯树脂、环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚芳炔树脂、邻苯二甲腈树脂中的至少一种。
需要说明的是，至少一种即为任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。
根据一些更优选的实施方式，所述树脂为氰酸酯树脂或环氧树脂。
在本发明中，采用W波段下具有低介电常数的氰酸酯树脂或环氧树脂，以减少天线罩对电磁波的吸收和反射，能够保证信号传输效率。
根据一些优选的实施方式，所述透波涂层为氟塑料或聚氨酯。
需要说明的是，氟塑料可以为聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯与乙烯共聚物、四氟乙烯与偏氟乙烯共聚物或三氟氯乙烯和偏氟乙烯的共聚物。
根据一些优选的实施方式，所述W波段天线罩为异型件或非异型件。
需要说明的是，W波段天线罩的形状依据天线罩模具而定。因此，可以通过设计不同的模具获得不同形状的W波段天线罩，W波段天线罩可以为异型件或非异型件。例如，W波段天线罩可以为球形、立柱柱形、锥台形或不规则形状等。
本发明还提供了一种W波段天线罩的制备方法，该制备方法包括：
步骤1，在天线罩模具上对应直接透波区的区域铺覆用于形成所述直接透波区的第一预浸料，并在对应非直接透波区的区域铺覆用于形成所述非直接透波区的第二预浸料，然后进行复合，得到天线罩蒙皮；
步骤2，在所述天线罩蒙皮的非直接透波区对应的区域的内侧铺覆所述第二预浸料，然后进行复合，再在所述天线罩蒙皮的外侧喷涂透波涂层，得到所述W波段天线罩。
需要说明的是，第一预浸料与第二预浸料可以相同，也可以不同。例如，第一预浸料由石英纤维和氰酸酯树脂组成，第二预浸料由石英纤维和环氧树脂组成。例如，第一预浸料和第二预浸料均由石英纤维和氰酸酯树脂组成。
需要说明的是，通过铺层和数控加工控制天线罩蒙皮的厚度，其中，厚度公差为±0.05mm。
在本发明中，在天线罩模具上采用一步法铺覆由石英纤维和树脂组成的预浸料，采用热压罐固化的方式进行复合，得到由石英纤维增强树脂基复合材料组成的天线罩蒙皮；然后在该天线罩蒙皮的非直接透波区的内侧继续铺覆预浸料，再采用热压罐固化的方式进行复合；最终在该天线罩蒙皮的外侧喷涂透波涂层，得到W波段天线罩。
具体地，当第一预浸料与第二预浸料为相同时，一种W波段天线罩的制备方法包括：(1)在天线罩模具上(即对应直接透波区的区域和非直接透波区的区域)铺覆第一预浸料后进行复合，得到天线罩蒙皮；(2)在天线罩蒙皮的非直接透波区的内侧铺覆所述第一预浸料后进行复合，并在所述天线罩蒙皮的外侧喷涂透波涂层，得到所述W波段天线罩。
本发明还提供了另一种W波段天线罩的制备方法，该制备方法包括：在天线罩模具上采用分步法铺覆由石英纤维和树脂组成的预浸料，即在直接透波区铺覆第一厚度的第一预浸料，并在非直接透波区铺覆第二厚度的第二预浸料，其中，第二厚度大于第一厚度；铺覆完成后采用热压罐固化的方式进行复合，得到由石英纤维增强树脂基复合材料组成的目标天线罩蒙皮；最终在该天线罩蒙皮的外侧喷涂透波涂层，得到W波段天线罩。
需要说明的是，多阶半波壁结构102中的石英纤维增强树脂基复合材料还可以由两种不同的预浸料复合得到，即如图1所示，102中的石英纤维增强树脂基复合材料a由两种不同的预浸料复合得到。例如，一种W波段天线罩的制备方法包括：(1)在天线罩模具上(即对应直接透波区的区域和非直接透波区的区域)铺覆第一预浸料后进行复合，得到天线罩蒙皮；(2)在天线罩蒙皮的非直接透波区的内侧铺覆所述第二预浸料后进行复合，并在所述天线罩蒙皮的外侧喷涂透波涂层，得到所述W波段天线罩。其中，第一预浸料与第二预浸料为不同。
为了更加清楚地说明本发明的技术方案及优点，下面通过几个实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
W波段天线罩包括厚度为0.95mm的半波壁结构和厚度为4.55mm的多阶半波壁结构；半波壁结构由厚度为0.9mm的石英纤维氰酸酯复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层(氟塑料)组成；多阶半波壁结构由厚度为4.5mm的石英纤维氰酸酯复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层组成。其中，第一预浸料与第二预浸料相同，均是由石英纤维和氰酸酯组成的。
该W波段天线罩制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上对应直接透波区的区域铺覆第一预浸料，并在对应非直接透波区的区域铺覆第二预浸料后，采用热压罐固化(例如，固化工艺为180℃/2h，200℃/2h，230℃/1h)的方式进行复合，得到由石英纤维氰酸酯复合材料组成的厚度为0.9mm的天线罩蒙皮；
(2)在步骤(1)得到的天线罩蒙皮的非直接透波区的内侧再次铺覆第二预浸料后，采用热压罐固化进行复合，使得复合后该非直接透波区处天线罩蒙皮的厚度为4.5mm，然后在该天线罩蒙皮的外侧(即直接透波区和非直接透波区的外侧)喷涂厚度为0.05mm的氟塑料，得到该W波段天线罩。
经实验测试证实，该W波段天线罩在92～98GHz频率下雷达单层功率传输损耗小于0.5dB，隔离度降低小于10dB，且在恶劣环境下不会发生影响使用的变形，并无脱落或结构破坏现象。因此，该W波段天线罩具有高透波性能、低隔离度降低功能和强度特性。
实施例2
W波段天线罩包括厚度为0.95mm的半波壁结构和厚度为4.05mm的多阶半波壁结构；半波壁结构由厚度为0.9mm的石英纤维氰酸酯复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层(氟塑料)组成；多阶半波壁结构由厚度为4.0mm的石英纤维环氧树脂复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层组成。其中，第一预浸料与第二预浸料不同，第一预浸料是由石英纤维和氰酸酯组成的，第二预浸料是由石英纤维和环氧树脂组成的。
该W波段天线罩制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上采用分步法铺覆预浸料，在天线罩模具中对应直接透波区的区域铺覆第一预浸料，并在对应非直接透波区的位置铺覆第二预浸料后，采用热压罐固化方式进行复合，得到由石英纤维增强树脂基复合材料组成的天线罩蒙皮；其中，该天线罩蒙皮在直接透波区的厚度为0.9mm，在非直接透波区的厚度为4.0mm。
(2)在步骤(1)得到的天线罩蒙皮的外侧喷涂厚度为0.05mm的氟塑料，得到该W波段天线罩。
经实验测试证实，该W波段天线罩在92～98GHz频率下雷达单层功率传输损耗小于0.5dB，隔离度降低小于10dB，且在恶劣环境下不会发生影响使用的变形，并无脱落或结构破坏现象。因此，该W波段天线罩具有高透波性能、低隔离度降低功能和强度特性。
实施例3
W波段天线罩包括厚度为1.05mm的半波壁结构和厚度为5.05mm的多阶半波壁结构；半波壁结构由厚度为1.0mm的石英纤维环氧树脂复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层(聚氨酯)组成；多阶半波壁结构由厚度为5.0mm的石英纤维环氧树脂复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层组成。其中，第一预浸料与第二预浸料相同，均是由石英纤维和环氧树脂组成的。
该W波段天线罩制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上对应直接透波区的区域铺覆第一预浸料，并在对应非直接透波区的区域铺覆第二预浸料后，采用热压罐固化的方式进行复合，得到由石英纤维环氧树脂复合材料组成的厚度为1.0mm的天线罩蒙皮；
(2)在步骤(1)得到的天线罩蒙皮的非直接透波区的内侧再次铺覆第二预浸料后，采用热压罐固化进行复合，使得复合后该非直接透波区处天线罩蒙皮的厚度为5.0mm，然后在该天线罩蒙皮的外侧喷涂厚度为0.05mm的聚氨酯，得到该W波段天线罩。
经实验测试证实，该W波段天线罩在92～98GHz频率下雷达单层功率传输损耗小于1.0dB，隔离度降低小于15dB，且在恶劣环境下不会发生影响使用的变形，并无脱落或结构破坏现象。因此，该W波段天线罩具有高透波性能、低隔离度降低功能和强度特性。
实施例4
W波段天线罩包括厚度为1.1mm的半波壁结构和厚度为5.1mm的多阶半波壁结构；半波壁结构由厚度为1.0mm的石英纤维聚酰亚胺树脂复合材料和厚度为0.1mm的透波涂层组成；多阶半波壁结构由厚度为5.0mm的石英纤维聚酰亚胺树脂复合材料和厚度为0.1mm的透波涂层组成。其中，第一预浸料与第二预浸料相同，均是由石英纤维和聚酰亚胺树脂组成的。
该W波段天线罩制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上铺覆预浸料(由石英纤维和聚酰亚胺树脂组成的)后，采用热压罐固化的方式进行复合，得到由石英纤维环氧树脂复合材料组成的厚度为1.0mm的天线罩蒙皮；
(2)在步骤(1)得到的天线罩蒙皮的非直接透波区的内侧再次铺覆预浸料(由石英纤维和聚酰亚胺树脂组成的)后，采用热压罐固化进行复合，使得复合后该非直接透波区处天线罩蒙皮的厚度为5.0mm，然后在该天线罩蒙皮的外侧喷涂厚度为0.1mm的透波涂层(聚氨酯)，得到该W波段天线罩。
经实验测试证实，该W波段天线罩在92～98GHz频率下雷达单层功率传输损耗小于1.0dB，隔离度降低小于15dB，且在恶劣环境下不会发生影响使用的变形，并无脱落或结构破坏现象。因此，该W波段天线罩具有高透波性能、低隔离度降低功能和强度特性。
对比例1
W波段天线罩由厚度为0.95mm的半波壁结构构成；半波壁结构由厚度为0.9mm的石英纤维氰酸酯复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层(氟塑料)组成。
该W波段天线罩制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上铺覆预浸料(由石英纤维和氰酸酯组成的)后，采用热压罐固化(例如，固化工艺为180℃/2h，200℃/2h，230℃/1h)的方式进行复合，得到由石英纤维氰酸酯复合材料组成的厚度为0.9mm的天线罩蒙皮；
(2)在步骤(1)得到的天线罩蒙皮的外侧喷涂厚度为0.05mm的氟塑料，得到该W波段天线罩。
经实验测试证实，该W波段天线罩在恶劣环境下使用易发生影响使用的变形、破损，强度较低，不能满足较大尺寸天线罩产品的应用。
对比例2
W波段天线罩由厚度为4.55mm的多阶半波壁结构构成；多阶半波壁结构由厚度为4.5mm的石英纤维氰酸酯复合材料和厚度为0.05mm的透波涂层组成。
该W波段天线罩制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上铺覆预浸料(由石英纤维和氰酸酯组成的)后，采用热压罐固化(例如，固化工艺为180℃/2h，200℃/2h，230℃/1h)的方式进行复合，得到由石英纤维氰酸酯复合材料组成的厚度为4.5mm的天线罩蒙皮；
(2)在步骤(1)得到的天线罩蒙皮的外侧喷涂厚度为0.05mm的氟塑料，得到该W波段天线罩。
经实验测试证实，该W波段天线罩在92～98GHz频率下雷达单层功率传输损耗约为3-4dB，且隔离度降低大于20dB，严重影响天线罩内的天线性能。因此，该W波段天线罩不具有高透波性能和低隔离度降低功能。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种W波段天线罩，其特征在于：
所述W波段天线罩包括直接透波区和非直接透波区，所述直接透波区为半波壁结构，并且所述非直接透波区为多阶半波壁结构；
所述半波壁结构和所述多阶半波壁结构均采用石英纤维增强树脂基复合材料和透波涂层组成；其中，所述石英纤维增强树脂基复合材料是由石英纤维和树脂组成的预浸料复合而成的；
所述多阶半波壁结构的厚度大于所述半波壁结构的厚度；
所述W波段天线罩的制备方法包括如下步骤：
(1)在天线罩模具上对应直接透波区的区域铺覆用于形成所述直接透波区的第一预浸料，并在对应非直接透波区的区域铺覆用于形成所述非直接透波区的第二预浸料，然后采用热压罐固化方式进行复合，得到天线罩蒙皮；
(2)在所述天线罩蒙皮的非直接透波区对应的区域的内侧铺覆所述第二预浸料，然后采用热压罐固化方式进行复合，再在所述天线罩蒙皮的外侧涂覆透波涂层，得到所述W波段天线罩。
2.根据权利要求1所述的W波段天线罩，其特征在于：
所述半波壁结构的厚度为0.8-1.2mm。
3.根据权利要求1所述的W波段天线罩，其特征在于：
所述多阶半波壁结构的厚度为3.2-5.2mm。
4.根据权利要求1所述的W波段天线罩，其特征在于：
所述透波涂层的厚度为0.05-0.2mm。
5.根据权利要求1所述的W波段天线罩，其特征在于：
所述树脂为氰酸酯树脂、环氧树脂、改性环氧树脂、聚酰亚胺树脂、酚醛树脂、聚芳炔树脂、邻苯二甲腈树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的W波段天线罩，其特征在于：
所述透波涂层为氟塑料或聚氨酯。
7.根据权利要求1至6中任一所述的W波段天线罩，其特征在于：
所述W波段天线罩为异型件或非异型件。
8.根据权利要求1所述的W波段天线罩，其特征在于：
所述第一预浸料与所述第二预浸料为相同或不同。
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