CN113506972A - 一种空间防静电薄膜天线膜面 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间用大尺度薄膜天线防静电薄膜天线膜面。薄膜天线材质具有非导电特性，在轨运行期间与空间等离子体和高能粒子相互作用，易发生充放电效应导致材料退化与电路故障，威胁薄膜天线寿命。针对薄膜天线基底和镀层的膜面选择及工艺问题进行了说明，原有薄膜天线聚酰亚胺覆铜的膜面基础上，以环氧树脂胶为粘接剂，上覆聚酰亚胺镀锗薄膜，为了克服锗膜耐湿性能差，在地面存储过程中存在的问题，在防静电薄膜最上层采用保鲜膜贴覆。最后，对薄膜天线防静电性能进行了测试和评价。该设计在保证了原有薄膜天线性能的基础上，使薄膜天线具备了防静电功能，为薄膜天线可靠服役提供技术支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间防静电薄膜天线膜面及其设计方法。属于航空航天技术领域。
背景技术
薄膜天线运行在轨道环境中，在通过空间等离子体环境或经过高能粒子辐照后，薄膜表面电位会被充至几百到负几千伏。薄膜天线与空间等离子体和高能粒子相互作用而发生静电电荷积累及泄放的过程，称为充放电效应。薄膜天线膜材具有结构功能一体化的特点，在轨运行期间敏感部位的充放电效应会导致材料退化，电路故障，甚至薄膜天线系统级损害，直接威胁薄膜天线的安全运行。需要对采取相应的防静电措施。目前，成熟的平板天线防静电方案一般采用外包防静电锗膜的形式进行，已有相关的理论计算和在轨实验验证过锗膜对微波的传输损耗可忽略。但是由于薄膜天线具有较为特殊的构型，需要发明空间防静电薄膜天线膜面及其设计方法。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用以下方案，包括：在薄膜天线外侧涂覆粘接剂，所述粘接剂用于粘附镀层。
优选地，所述粘接剂包括硅橡胶、聚酰亚胺胶。
优选地所述环氧树脂胶的刷胶过程中保证表面平整度，对应X波段(12GHz)至VHF波段(150MHz)平面度为3mm(RMS)至40mm(RMS)。
优选地，所述环氧树脂胶层厚度范围为：30μm以内。
优选地，所述镀层包括聚酰亚胺镀锗薄膜。
优选地，所述聚酰亚胺镀锗薄膜厚度范围为：26μm-51μm。
优选地，在所述镀层外侧，还包覆一层保鲜膜，所述保鲜膜的厚度范围：1μm-3μm。
优选地，所述薄膜天线结构包括：基底采用聚酰亚胺薄膜，厚度范围：25μm-50μm；上覆铜膜，膜面覆铜形状依照薄膜天线功能而设计。
优选地，对所述空间防静电薄膜天线膜面进行测试和评价，包括电学性能和微波性能指标传输损耗，其中，所述电学性能的指标包括表面电阻率和方块电阻率。
本发明公开了一种空间用大尺度薄膜天线防静电薄膜天线膜面。薄膜天线材质具有非导电特性，在轨运行期间与空间等离子体和高能粒子相互作用，易发生充放电效应导致材料退化与电路故障，威胁薄膜天线寿命。本发明充分考虑了薄膜天线工作的轨道空间环境特点，提出了一种空间防静电薄膜天线膜面设计方法，在分析薄膜天线在轨充放电效应的基础上，提出了整体的防静电方案，并针对薄膜天线基底和镀层的膜面选择及工艺问题进行了说明，原有薄膜天线聚酰亚胺覆铜的膜面基础上，以环氧树脂胶为粘接剂，上覆聚酰亚胺镀锗薄膜，为了克服锗膜耐湿性能差，在地面存储过程中存在的问题，在防静电薄膜最上层采用保鲜膜贴覆。最后，对薄膜天线防静电性能进行了测试和评价。该设计在保证了原有薄膜天线性能的基础上，使薄膜天线具备了防静电功能，为薄膜天线可靠服役提供技术支持。
附图说明
图1为空间防静电薄膜天线膜面防静电设计方法流程图；
图2为薄膜天线膜面示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种空间用大尺度薄膜天线防静电设计方法，并在充分考虑薄膜天线工作的轨道空间环境基础上提出了一种空间防静电薄膜天线膜面设计方法，该设计在保证了原有薄膜天线性能的基础上使薄膜天线具备了防静电功能，为薄膜天线可靠服役提供技术支持。
薄膜天线膜面设计是通过以下技术方案实现的：
首先，对薄膜天线充放电效应分析：
薄膜天线充放电效应分析包括：薄膜工作轨道等离子体环境分析，薄膜天线工作轨道高能粒子辐照剂量分析，一般采用仿真方法。
然后对薄膜天线整体防护方案进行制定。例如：
薄膜天线整体防护方案包括：天线本体处理，是否选用粘结剂及粘接剂种设计，空间防静电镀层设计；待选的方案有：薄膜天线直接镀锗、膜天线通过环氧树脂胶与镀锗聚酰亚胺膜粘合、膜天线上面喷聚酰亚胺胶后镀锗膜以及直接用镀锗聚酰亚胺薄膜在天线外包裹。
再对薄膜材料需求进行分析：
包括薄膜基材及镀层选择，以及镀层工艺设计。薄膜天线本体，其特征在于基底采用聚酰亚胺薄膜，上覆铜膜，膜面覆铜形状依照薄膜天线功能而设计。所述的镀层选择是空间防静电镀层，其特征在于选用聚酰亚胺镀锗薄膜。由于锗膜对大气湿度敏感，湿度会影响锗膜性能。因此镀层最外层贴一层保鲜膜，发射前撕掉。所述的镀层工艺方案采用粘接剂进行粘结，粘结剂选用环氧树脂胶，刷胶过程中要尽量控制工艺，保证表面平整度。
本发明的薄膜天线膜面的结构包括：
在薄膜天线外侧涂覆粘接剂，所述粘接剂用于粘附镀层。
根据本发明的一个实施例，所述粘接剂包括环氧树脂胶。
根据本发明的一个实施例，所述环氧树脂胶的刷胶过程中保证表面平整度，对应X波段(12GHz)至VHF波段(150MHz)平面度为3mm(RMS)至40mm(RMS)。
根据本发明的一个实施例，所述环氧树脂胶层厚度范围为：30μm以内。
根据本发明的一个实施例，所述镀层包括聚酰亚胺镀锗薄膜。
根据本发明的一个实施例，所述聚酰亚胺镀锗薄膜厚度范围为：26μm-51μm。
根据本发明的一个实施例，在所述镀层外侧，还包覆一层保鲜膜，所述保鲜膜的厚度范围：1μm-3μm。由于锗膜对大气湿度敏感，湿度会影响锗膜性能。因此镀层最外层贴一层保鲜膜，发射前撕掉。
根据本发明的一个实施例，所述薄膜天线结构包括：基底采用聚酰亚胺薄膜，厚度范围：25μm-50μm；上覆铜膜，膜面覆铜形状依照薄膜天线功能而设计。
最后对薄膜天线防静电性能测试和评价。所述的测试指标包括：结构指标，力学性能指标，热性能指标，耐空间环境指标，电学性能指标和微波性能指标。
结构指标包括：厚度、密度、透光率等；力学性能指标包括拉伸强度、拉伸模量、断裂强度、泊松比等；热性能指标包括比热容、导热系数、连续使用温度范围；耐空间环境指标，针对低地球轨道包括原子氧，紫外，高能粒子，热循环等；电学性能指标包括表面电阻率和方块电阻率等；微波性能指标包括微波传输损耗。
下面对本发明的实施例作详细说明，本实例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例。
实例1
一薄膜天线运行在600km的SSO轨道上，在通过极区的极轨环境中既有低温、稠密的背景等离子体，又有高能极光电子的注入，当背景离子密度减小或极光电子通量增加时，通过极区的薄膜表面电位会被充至几百到负几千伏。采用SPENVIS仿真软件进行高能粒子辐照总剂量的分析，采用SPIS软件计算得出尾区内的表面介质材料最高充电电位和天线横向宽度之间的关系。、2m宽度处对应-6000V，4m宽度处对应-8000V，4.5m左右宽度处对应-10500V)。另外，在背阳的情况下进入极区时，由于没有光电子的发射，表面负电位更加严重，薄膜天线带电现在最为危险。
薄膜天线本体，其特征在于基底采用200μm聚酰亚胺薄膜，上覆18μm厚铜膜，膜面覆铜形状依照薄膜天线功能而设计。所述的镀层选择是空间防静电镀层，其特征在于选用聚酰亚胺镀锗薄膜，其中聚酰亚胺膜厚度约13μm，锗膜厚度约60-80nm.。由于锗膜对大气湿度敏感，湿度会影响锗膜性能。因此镀层最外层贴一层保鲜膜，发射前撕掉。所述的镀层工艺方案采用粘接剂进行粘结，粘结剂选用环氧树脂胶，刷胶过程中要尽量控制工艺，保证表面平整度。
对薄膜天线进行结构指标，力学性能指标，热性能指标，耐空间环境指标，电学性能指标和微波性能指标测试，测试结果表明，该设计在保证了原有薄膜天线性能的基础上，使薄膜天线具备了防静电功能，为薄膜天线可靠服役提供技术支持。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，包括：在薄膜天线外侧涂覆粘接剂，所述粘接剂用于粘附镀层。
2.如权利要求1所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，所述粘接剂包括环氧树脂胶。
3.如权利要求2所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，所述环氧树脂胶的刷胶过程中保证表面平整度，对应X波段至VHF波段平面度为3mm至40mm。
4.如权利要求3所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，所述环氧树脂胶层厚度范围为：30μm以内。
5.如权利要求1所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，所述镀层包括聚酰亚胺镀锗薄膜。
6.如权利要求5所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，所述聚酰亚胺镀锗薄膜厚度范围为：26μm-51μm。
7.如权利要求4所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，在所述镀层外侧，还包覆一层保鲜膜，所述保鲜膜的厚度范围：1μm-3μm。
8.如权利要求1所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，所述薄膜天线结构包括：基底采用聚酰亚胺薄膜，厚度范围：25μm-50μm；上覆铜膜，膜面覆铜形状依照薄膜天线功能而设计。
9.如权利要求1-8任一项所述的空间防静电薄膜天线膜面，其特征在于，对所述空间防静电薄膜天线膜面进行测试和评价，包括电学性能和微波性能指标传输损耗，其中，所述电学性能的指标包括表面电阻率和方块电阻率。
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