CN114204269B - 一种轻量化复合材料对数周期天线及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轻量化复合材料对数周期天线及制作方法，包括支撑泡沫、上层阵子、下层阵子、圆形巴伦、同轴线馈电结构、石英纤维预津布；上层阵子和下层阵子均为对数周期天线结构，其对称粘接于支撑泡沫两侧表面，石英纤维预津布包裹在最外侧；圆形巴伦与上层阵子处于同一平面，且设置于上层阵子的顶部；同轴线馈电结构位于下层阵子一侧，同轴线馈电结构的外导体与下层阵子电连接，同轴线馈电结构的内导体作为馈电端依次穿过石英纤维预津布、下层阵子、支撑泡沫后与上层阵子顶部电连接。本发明的天线重量轻，具有很强的防水防腐蚀特性，通过引入圆形巴伦改善了传统天线馈电方式引起的波束不对称问题，同时解决了馈电点失配造成的热累积问题。

Description

一种轻量化复合材料对数周期天线及其制作方法

技术领域

本发明属于超宽带天线技术领域，涉及一种轻量化复合材料对数周期天线及其制作方法。

背景技术

超宽带无线通信技术是目前受到广泛关注的一种短距离大容量无线通讯方式，超宽带天线一般应具有：超宽带、稳定的辐射模式增益、一致的群时延、高辐射效率等特点。

超宽带天线通常使用的天线形式主要包括Vivaldi天线、脊喇叭天线、对数周期天线、低剖面偶极子天线等，可根据具体的不同需求选择合适的天线类型。

对数周期天线是一种性能优良的超宽带天线，传统制作方法为：先按照对数周期长度加工多根金属管，再将金属管焊接成对数周期天线。这种制作方法优点是耐功率特性好，但是质量很重，体积大，不利于产品轻量化和小型化。

近年来，印制型对数周期天线广泛使用，其制作方法为：将对数周期图案直接印刷在双面介质覆铜板上，批量生产成本很低。通常印制型对数周期天线单元，采用同轴线内外导体对两臂直接馈电，此种方式会引起馈电不平衡，进而导致单元方向图左右不对称，影响阵列的扫描特性。这种馈电方式馈电点处电流较大，两者存在的阻抗不匹配会产生大量的热；另外微带板的铜箔厚度一般只有18微米或者36微米，散热特性不好；这样长时间的热累积累容易烧毁微带板铜箔，因此印刷型对数周期天线耐功率特性不好。

为了解决上述问题，发明了一种复合材料对数周期天线，能够实现超宽带、轻量化、耐功率、对称方向图等优良特性。

发明内容

本发明的目的是针对现有对数周期天线存在的不足，提供一种轻量化复合材料对数周期天线及其制作方法。

为了实现以上目的，本发明提出以下方案：

包括支撑泡沫、上层阵子、下层阵子、圆形巴伦、同轴线馈电结构以及石英纤维预津布；

上层阵子和下层阵子均为对数周期天线结构，上层阵子和下层阵子对称粘接于支撑泡沫两侧表面，石英纤维预津布包裹在最外侧；

所述圆形巴伦与上层阵子处于同一平面，且圆形巴伦设置于上层阵子的顶部；圆形巴伦与上层阵子采用金属铜箔整体加工成型；

同轴线馈电结构位于下层阵子一侧，同轴线馈电结构的外导体与下层阵子电连接，同轴线馈电结构的内导体作为馈电端依次穿过石英纤维预津布、下层阵子、支撑泡沫后与上层阵子顶部电连接。

进一步地，该天线还包括金属固定座；金属固定座设置在支撑泡沫底部起固定支撑作用，同时用于实现同轴线馈电结构的外导体与下层阵子电连接。

进一步地，上述上层阵子、下层阵子采用倾斜及末端加载的方式缩小天线尺寸。

进一步地，上述石英纤维预津布为石英玻璃纤维材料制成的无纺布且预津了树脂材料，具有强度好、防水、耐腐蚀等优点，包裹在天线外侧，对天线整体起到加固和保护的作用。

一种轻量化的对数周期天线的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：依次放置底层石英纤维预津布、第一胶膜、下层阵子、支撑泡沫、上层阵子、第二胶膜以及顶层石英纤维预津布构成一个整体结构；

步骤2：在步骤1形成的整体结构上开设馈电端插孔，并将该插孔进行保护处理，避免后续制备堵住该插孔；

步骤3：将开设好馈电端插孔的整体结构，装入真空袋，采用真空泵抽真空；然后连同真空袋一起放入烘箱内，烘箱温度设置为120℃，2小时后关闭烘箱加热功能，待自然冷却后打开真空袋，取出整体结构，安装上金属固定座；

步骤4：将同轴线馈电结构的外导体安装在金属固定座上，同轴线馈电结构的内导体作为馈电端依次穿过所述插孔后与所述上层阵子电连接。

进一步地，上述支撑泡沫厚度为4mm；上层阵子和下层阵子的金属铜箔厚度为0.2mm到1mm；石英纤维预津布厚度为0.2mm；第一胶膜和第二胶膜的厚度为0.1mm。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用内部以低密度工程泡沫材料支撑，两侧依次为上层阵子、下层阵子、胶膜和石英纤维预津布。支撑泡沫为低密度复合材料，介电损耗低，用来支撑两侧阵子，解决轻量化问题；石英纤维预津布利用石英玻璃纤维材料制成的无纺布，预津了树脂材料，具有良好的耐温度冲击和耐化学腐蚀性，包裹在天线最外侧，经抽真空、高温固化后使天线所有零件凝结为整体，得到的天线结构具有重量轻、强度好、耐大功率，且防水防腐蚀的性能。

2、本发明采用在天线馈电端增加圆形巴伦的方式来解决不平衡馈电问题，使得单元方向图左右对称，波束扫描特性得到优化；同时，通过引入的圆形巴伦优化了电流的分布，解决了主馈点处电流过于集中的问题，改善了阻抗匹配，降低了由于电流分布过于集中及阻抗失配带来的馈电点处热量过于集中的问题。

3、本发明的上层阵子和下层阵子采用厚度0.2mm到1mm的铜箔代替微带覆铜板的铜箔，增加了金属厚度，有利于散热，进一步增强了天线耐功率特性。

附图说明

图1为本发明的三维爆炸示意图；

图2为本发明的三维示意图；

图3为图2的主视图；

图4为图2的侧视图；

其中附图标记的含义为：

1-支撑泡沫；2-上层阵子；3-下层阵子；4-圆形巴伦；5-同轴线馈电结构；6-石英纤维预津布；7-金属固定座；8-第一胶膜；9-第二胶膜；10-插孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1至图3，一种轻量化复合材料对数周期天线，包括：支撑泡沫1、上层阵子2、下层阵子3、圆形巴伦4、同轴线馈电结构5、石英纤维预津布6和金属固定座7；

上层阵子2和下层阵子3形式为对数周期天线，采用0.2mm的金属铜箔(具体金属铜箔的厚度根据天线的总重量和耐功率要求选定)，上层阵子2和下层阵子对称粘接于厚度为2mm的支撑泡沫1两侧，厚度为0.2mm的石英纤维预津布6粘接包裹在最外侧；

圆形巴伦4与上层阵子2处于同一平面，且圆形巴伦4位于上层阵子2的顶部，两者通过采用金属铜箔整体加工成型；圆形巴伦4的引入不仅解决了不平衡馈电问题，使得方向图左右对称，波束扫描特性得到优化；而且通过引入的圆形巴伦优化了电流的分布，解决了主馈点处电流过于集中的问题，改善了阻抗匹配，降低了由于电流分布过于集中及阻抗失配带来的馈电点处热量过于集中的问题。

金属固定座7设置在支撑泡沫1底部起固定支撑作用，同时用于实现同轴线馈电结构5的外导体与下层阵子3电连接。

同轴线馈电结构5整体位于下层阵子3一侧，同轴线馈电结构5的内导体作为馈电端依次穿过石英纤维预津布6、下层阵子3、支撑泡沫1后与上层阵子2顶部电连接，同轴线馈电结构5的外导体安装于金属固定座7上。

另外，本实施例中上层阵子2、下层阵子3设置为倾斜及末端加载的方式用来缩小天线的整体尺寸，

本实施例中的支撑泡沫1为低密度复合材料，介电损耗低，用来支撑两侧阵子，解决轻量化问题；采用石英纤维预津布6，在高温下固化，使天线凝结成一个整体，具有强度好、防水、耐腐蚀的优点。

经过测试，本实施例的对数周期天线工作带宽达2.5个倍频程，波束扫描范围为±30°，功率容量可满足连续波≥100W。

通过对本实施例天线结构的描述，现对该天线的制作过程进行介绍，参见图1：

步骤1：依次放置底层石英纤维预津布6、第一胶膜8、下层阵子3、支撑泡沫1、上层阵子2、第二胶膜9以及顶层石英纤维预津布6构成一个整体结构；

步骤2：在步骤1形成的整体结构上开设馈电端插孔10，并将该插孔10进行保护处理，避免后续制备堵住该插孔10；

步骤3：将开设好馈电端插孔10的整体结构，装入真空袋，采用真空泵抽真空；然后连同真空袋一起放入烘箱内，烘箱温度设置为120℃，2小时后关闭烘箱加热功能，待自然冷却后打开真空袋，取出整体结构，安装上固定座7；

步骤4：将同轴线馈电结构5的外导体安装在金属固定座7上，同轴线馈电结构5的内导体作为馈电端依次穿过所述插孔10后与所述上层阵子2电连接，至此完成天线的制作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，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，或者对其中部分或者全部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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种轻量化复合材料对数周期天线，其特征在于：

包括支撑泡沫（1）、上层阵子（2）下层阵子（3）、圆形巴伦（4）、同轴线馈电结构（5）以及石英纤维预津布（6）；

上层阵子（2）和下层阵子（3）均为对数周期天线结构，上层阵子（2）和下层阵子（3）对称粘接于支撑泡沫（1）两侧表面，石英纤维预津布（6）包裹在最外侧；

所述圆形巴伦（4）与上层阵子（2）处于同一平面，且圆形巴伦（4）设置于上层阵子（2）的顶部；圆形巴伦（4）与上层阵子（2）采用金属铜箔整体加工成型；

同轴线馈电结构（5）整体位于下层阵子（3）一侧，同轴线馈电结构（5）的外导体与下层阵子（3）电连接，同轴线馈电结构（5）的内导体作为馈电端依次穿过石英纤维预津布（6）、下层阵子（3）、支撑泡沫（1）后与上层阵子（2）顶部电连接。

2.根据权利要求1所述的轻量化复合材料对数周期天线，其特征在于：还包括金属固定座（7）；金属固定座（7）设置在支撑泡沫（1）底部起固定支撑作用，同时用于实现同轴线馈电结构的外导体与下层阵子电连接。

3.根据权利要求1所述的轻量化复合材料对数周期天线，其特征在于：所述上层阵子（2）、下层阵子（3）设置为倾斜及末端加载的方式，用于缩小天线的整体尺寸。

4.根据权利要求1所述的轻量化复合材料对数周期天线，其特征在于：所述石英纤维预津布（6）为石英玻璃纤维制成的无纺布，且预津了树脂材料。

5.一种轻量化复合材料对数周期天线的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：依次放置底层石英纤维预津布、第一胶膜、下层阵子、支撑泡沫、上层阵子、第二胶膜以及顶层石英纤维预津布构成一个整体结构；

步骤2：在步骤1形成的整体结构上开设馈电端插孔，并将该插孔进行保护处理，避免后续制备堵住该插孔；

步骤3：将开设好馈电端插孔的整体结构，装入真空袋，采用真空泵抽真空；然后连同真空袋一起放入烘箱内，烘箱温度设置为120℃，2小时后关闭烘箱加热功能，待自然冷却后打开真空袋，取出整体结构，安装上金属固定座；

步骤4：将同轴线馈电结构的外导体安装在金属固定座上，同轴线馈电结构的内导体作为馈电端依次穿过所述插孔后与所述上层阵子电连接。

6.根据权利要求5所述的轻量化复合材料对数周期天线的制作方法，其特征在于：支撑泡沫厚度为4mm；上层阵子和下层阵子的金属铜箔厚度为0.2mm到1mm；石英纤维预津布厚度为0.2mm；第一胶膜和第二胶膜的厚度为0.1mm。