CN116487900A - 一种毫米波一对多双极化双频段天线组件以及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种毫米波一对多双极化双频段天线组件以及制造方法，涉及雷达电子天馈分系统制造技术领域，包括以下步骤：步骤一：制造一体化天线微带板；步骤二：通过焊膏点涂工艺在壳体的凹槽内焊接固定弹性连接器；步骤三：在天线微带板上铺设导电胶膜以及安装定位销；步骤四：将四组天线微带板通过定位销安装在焊有连接器的壳体上，形成天线单元；步骤五：通过真空袋压完成导电胶膜的固化；本发明该双频段双极化组件通过一体化天线微带板与多组壳体上的连接器进行弹性垂直互联，实现了天线组件的双极化、高集成度、高可靠性；制备得到的双极化微带天线组件可在Ka频段及以上的高频段使用，驻波可实现≤2.0，毫米波使用范围电性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及雷达电子天馈分系统制造技术领域，具体涉及一种毫米波一对多双极化双频段天线组件以及制造方法。
背景技术
随着军事电子装备技术的发展，天线使用频段升高，频带变宽，对天线小型化提出更高要求。与金属阵子天线、波导天线、裂缝天线等传统天线形式相比，天线微带板具有结构简单、质量轻、体积小、低剖面、容易制造且成本低等优点。目前已使用基于两个轴向天线微带板组合形成的双极化天线，虽然可以通过增加单元数目及改变单元空间位置分布方式优化双极化阵列天线的增益，但多是用在Ku频段以下，对单元间距和集成度要求低。毫米波双频段双极化天线单元需要在200mm×200mm×10mm的三维空间同时实现Ka波段及以上的收发和垂直互联，现有的两块天线微带板垂直交叉与SMP连接器内导体焊接的传统互联模式不能满足Ku/Ka双频段双极化的设计要求。
通过平面多层天线微带板的制作工艺可实现不同内层分别实现Ku频段和Ka频段的天线收发功能，结合弹性SMP连接器和导电胶膜大面积胶粘工艺可实现可扩充拼接制造方法。但该方法存在两级定位匹配困难的问题，即拼接的天线单元天线微带板法向位置精度难控制，拼接的壳体平面度难控制，二者结合后影响了整体天线阵面的平面度和一致性，当天线单元总数量扩展至256以上时，电性能显著下降。
因此，亟需建立一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的新型制造方法，解决多组天线单元拼接精度低引起的电性能下降、工艺流程长工序复杂的问题，使其提高加工装配的一致性和可靠性、工艺流程简单快捷、电讯指标优良、可靠性高。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波一对多双极化双频段天线组件以及制造方法，有效解决现有前期基于天线单元多组组装拼接工艺带来的天线阵面的平面度和一致性低、多组拼接后电性能下降不适用于大口径和多组天线单元工艺流程长耗时多的问题，为毫米波双频段双极化微带天线组件的小型化和高集成化提供进一步的解决方案。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：
步骤一：制造一体化天线微带板；
步骤二：通过焊膏点涂工艺在壳体的凹槽内焊接固定弹性连接器；
步骤三：在天线微带板上铺设导电胶膜以及安装定位销；
步骤四：将四组天线微带板通过定位销安装在焊有连接器的壳体上，形成天线单元；
步骤五：通过真空袋压完成导电胶膜的固化，粘接天线微带板和壳体，保持弹性连接器的内导体与天线微带紧密贴合，形成天线阵面，并进行气相沉积保护；
步骤六：将天线阵面与转接板互联，利用KK转接连接器将弹性连接器与收发系统互联。
优选的，所述天线微带板为多层结构，上半部分为低频段天线层，下半部分为高频段天线层，低频段天线层和高频段天线层均在多层天线微带板底层有垂直互联触点焊盘，触点焊盘与弹性连接器的内导体互联。
优选的，所述天线微带板的底层铺设大面积地层，大面积底层金属厚度≥45um，大面积地层与触点焊盘的隔离区域半径≥0.25mm。
优选的，在步骤二中，焊接采用真空气相焊、热风回流焊、真空回流焊方法之一完成弹性连接器与壳体的互联，钎透率≥70％。
优选的，在步骤二中，凹槽内按照弹性连接器的外形设有焊膏铺设面，铺设面宽度为点涂焊膏宽度的120％～150％，点涂焊膏成分为62Sn36Pb2Ag、SAC305、Sn54Pb26In20中的一种。
优选的，在步骤三中，预烘天线微带板，烘干温度为110～130℃，烘干时间为1.5～4.5小时。
优选的，在步骤五中，组装好的胶接工装和天线微带板装入真空袋，放入真空热压罐进行固化，固化条件为：压力0.1Mpa，温度120～130℃，固化1.5～3小时。
优选的，所述天线微带板的外形尺寸与多个壳体拼接组合之后的总外形尺寸一致，天线微带板的翘曲度应≤0.5％，厚度应≥2.0mm。
优选的，在步骤六中，对天线阵面进行气相沉积防护的气相沉积材料为ParyleneC。
本发明还一种采用以上所述一对多双极化双频段天线的制造方法制得的一对多双极化双频段天线。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：
1、该双频段双极化组件通过一体化天线微带板与多组壳体上的连接器进行弹性垂直互联，实现了天线组件的双极化、高集成度、高可靠性；制备得到的双极化微带天线组件可在Ka频段及以上的高频段使用，驻波可实现≤2.0，毫米波使用范围电性能优异；
2、本发明中可实现单元间距9.2mm×9.2mm以内的双极化天线收发，剖面厚度≤9.2mm，平面度≤0.2mm(均方根)，与多组天线单元拼接的天线阵面相比，平面度提高0.2mm(均方根)以上，具有更好的一致性，有效解决了分组天线微带板网络不连续、平面度差引起的大尺寸阵面电性能指标下降的固有技术问题；
3、本发明工艺方法的生产效率更高；与多组天线单元拼接的工艺方法相比，多组天线微带合并成一个天线微带板，有效降低了胶粘次数，提高了生产效率；
4、本发明中制备得到的双极化微带天线组件，可满足50次温度循环(-40℃～+75℃)和13.88g随机振动的环境试验要求，具有良好的可靠性和环境适应性，可满足机载、弹载和星载等高服役环境要求。
附图说明
图1为对比例中天线微带板的结构示意图；
图2为对比例中导电胶膜的结构示意图；
图3为对比例中完成焊接的壳体结构示意图；
图4为对比例中转接板的结构示意图；
图5为对比例装配完毕的天线阵面结构示意图；
图6为实施例一中天线微带板的结构示意图；
图7为实施例一中导电胶膜的结构示意图；
图8为实施例一装配完毕的天线阵面结构示意图；
图9为实施例一Ka/Ku双极化微带天线组件的工艺流程示意图；
图10为实施例三天线微带板的俯视结构示意图；
图11为实施例三壳体拼接后仰视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
对比例
对比例中的Ka/Ku双极化微带天线组件结构设计见图1-5，该天线组件包含4组天线单元，每组Ka/Ku双极化微带天线组件包含64组Ku频段弹性连接器11和64组Ka频段弹性连接器9，结构由上至下分别为4组64单元(Ku频段和Ka频段各32个单元)天线微带板1，天线微带板底层大面积地3、与连接器接触的触点焊盘2，4组带有第一安装通孔5的导电胶膜4，4组焊有弹性连接器的壳体7，壳体7上开设有局部镀银的多个凹槽10，多个凹槽10内均通过焊膏8焊接固定有Ku频段弹性连接器9或Ka频段弹性连接器11，弹性连接器包含外导体、玻璃烧结体、PTFE绝缘介质套12、弹性机构和内导体6(其中玻璃烧结体和弹性机构为内部结构，图中不再展示)。
对比例天线组件按照图5的方式进行组装，按照1块天线微带板1对1组壳体7形成一组天线组件，4组天线组件拼接形成天线阵面；天线阵面由下至上包含KK转接连接器15、螺钉16、转接板13及其第二安装通孔14。
对比例的工艺流程为在局部镀银的壳体7的凹槽10内点涂62Sn36Pb2Ag焊膏8；通过工装将Ka频段弹性连接器11、Ku频段弹性连接器9安装入壳体7的凹槽10内，并组装焊接工装；通过真空气相焊完成弹性连接器与壳体的互联；在64单元天线微带板1上铺设导电胶膜4，其型号为CF3350；将天线微带板1安装在焊有连接器的壳体7上，装配至胶接工装；真空袋压在120℃下固化2小时完成导电胶膜4的固化。将4组天线单元装配在转接板13上，形成天线阵面。天线阵面采用气相沉积保护，之后通过螺钉16安装与转接板13完成装配。完成组装后单元间的公差为±0.075mm。
实施例一
本实施例提供一种技术方案：一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，如图6-9所示，包括以下步骤：
步骤一：制造一体化天线微带板17；
天线微带板17包含双极化、双频段所有天线图形和合成网络；本实施例中的天线微带板17为256单元天线；
天线微带板17为多层结构，上半部分为低频段天线层，下半部分为高频段天线层，低频段天线层和高频段天线层均在多层天线微带板17底层有垂直互联触点焊盘2，触点焊盘2与弹性连接器的内导体6互联；
天线微带板17的底层铺设大面积地层，大面积底层金属厚度≥45um，大面积地层与触点焊盘2的隔离区域半径≥0.25mm；
天线微带板17的外形尺寸与多个壳体7拼接组合之后的总外形尺寸一致，天线微带板17的翘曲度应≤0.5％，厚度应≥2.0mm；
步骤二：通过焊膏8点涂工艺在壳体7的凹槽10内焊接固定弹性连接器；
在对凹槽10内部点涂焊膏8之后，将弹性连接器通过手工转移至凹槽10内，并通过壳体7的端面是否与壳体7端面齐平判断是否安装到位；安装焊接工装，通过焊接工装固定弹性连接器与壳体7的位置，随后安装紧固装置，对焊接工装进行紧固，即可进行焊作业；
焊接采用真空气相焊、热风回流焊、真空回流焊方法之一完成弹性连接器与壳体7的互联，钎透率≥70％；焊接完成后解除焊接工装，对壳体7进行超声清洗与烘干；
壳体7选用铝合金，例如选择5A06铝合金；
壳体7的凹槽10内进行局部镀银处理，凹槽10外其他部位进行导电氧化处理；在凹槽10内按照弹性连接器的外形设有焊膏8铺设面，铺设面宽度为点涂焊膏8宽度的120％～150％，点涂焊膏8成分为62Sn36Pb2Ag、SAC305、Sn54Pb26In20中的一种；
焊接在每组壳体7中的弹性连接器包括Ku频段弹性连接器9与Ka频段弹性连接器11；且每组壳体7中的Ku频段弹性连接器9与Ka频段弹性连接器11的个数均为64组；
弹性连接器包括弹性机构、绝缘介质、玻璃烧结体、PTFE绝缘介质套12、外导体与内导体6，外导体材料选择为黄铜、可伐合金中的一种，且采用镀金表面处理；内导体6材料选择为铍青铜、可伐合金中的一种，采用镀金表面处理；弹性机构选择为铍青铜、可伐合金中的一种；绝缘介质材料为玻璃体、PTFE中的一种或两种结合；
步骤三：在天线微带板17上铺设导电胶膜18以及安装定位销；
预烘天线微带板17，以确保天线微带板17的干燥，烘干温度为110～130℃，烘干时间为1.5～4.5小时；
通过激光切割，将导电胶膜18裁成与壳体7一致的形状，其中弹性连接器与定位销安装区域镂空，即第一安装通孔5，避免与导电胶膜18干涉，弹性连接器处的镂空尺寸为触点焊盘2半径增加0.05～0.15mm，随后将裁切好的导电胶膜18铺在天线微带板17粘接面上，并装配定位销；
外形裁切工艺参数设置为激光功率10～20W，激光频率为50～70KHz，加工速度为1000～1500mm/s，扫描次数为30～50次，光斑直径为0.01～0.03mm；制孔工艺参数设置为激光功率10～15W，激光频率为50～70KHz，加工速度为1000～1500mm/s，扫描次数为5～10次，光斑直径为0.01～0.04mm。
导电胶膜18的数量与壳体7数量一致；导电胶膜18为汉高公司的CF3350、中蓝晨光的CSJM8272以及黑龙江石化院的J-468之一；
步骤四：将四组天线微带板通过定位销安装在焊有连接器的壳体7上，形成天线单元；
将多组焊好的壳体7装配至一块天线微带板17上，随后将若干组装配好的天线微带板17与壳体7组合装配在胶接工装，完成拼接组合，通过胶接工装与额外紧固装置保证天线微带板17与导电胶膜18、导电胶膜18与壳体7、弹性连接器的内导体6与天线微带板17三者间的紧密接触；
步骤五：通过真空袋压完成导电胶膜18的固化，粘接天线微带板17和壳体7，保持弹性连接器的内导体6与天线微带板17紧密贴合，形成天线阵面，并进行气相沉积保护；
组装好的胶接工装和天线微带板17装入真空袋，放入真空热压罐进行固化，固化条件为：压力0.1Mpa，温度120～130℃，固化1.5～3小时；
随后对天线阵面进行气相沉积防护，气相沉积材料为Parylene C；
步骤六：将天线阵面与转接板13互联，利用KK转接连接器15将弹性连接器与收发系统互联；
转接板13上开设有与弹性连接器位置对应的第二安装通孔14，热压完成后，去除胶接工装，将拼接组合好的天线阵面通过螺钉16安装在整体转接板13上，且螺钉16为穿过转接板13，不穿透天线阵面；
天线阵面装配完成后，壳体7上的连接器通过KK转接连接器15完成与收发分系统的互联。
本实施例中的Ka/Ku双极化微带天线组件，Ka频段单元驻波≤1.8、Ku频段单元驻波≤2.0。剖面厚度≤9.2mm，平面度≤0.2mm(均方根)。可满足50次温度循环(-40℃～+75℃)和13.88g随机振动的环境试验要求，具有良好的可靠性和环境适应性。
实施例二
如图6-9所示，本实施例中双极化双频段天线组件包含4组天线单元，天线单元为Ka/Ku双极化天线微带单元，其包含64组Ku频段弹性连接器9和64组Ka频段弹性连接器11，其结构由上至下分别为1组256单元的天线微带板[17]、1组带有第一安装通孔5的导电胶膜[18]、4组焊有弹性连接器的壳体7，壳体7上开设有多个第二安装通孔14，多个第二安装通孔14与多组弹性连接器一一对应。
本实施例中按照1块微带板对4组壳体7的比例拼接形成1组天线单元，天线单元通过螺钉16与转接板13锁紧安装。
本实施例中壳体7的制备工艺与对比例一致；在256单元天线微带板17铺设导电胶膜18，其型号为CSJM8272；将1组天线微带板17与4组焊有弹性连接器的壳体7组装，装配至胶接工装；真空袋压在120℃下固化2小时完成导电胶膜18的固化。将1组天线单元装配在转接板上，形成天线阵面；天线阵面采用气相沉积保护，之后通过螺钉安装与转接板完成装配。完成组装后天线单元间的公差为±0.05mm。
S107、该Ka/Ku双极化微带天线组件，Ka频段单元驻波≤1.8、Ku频段单元驻波≤2.0。剖面厚度≤9.2mm，平面度≤0.2mm(均方根)。可满足50次温度循环(-40℃～+75℃)和13.88g随机振动的环境试验要求，具有良好的可靠性和环境适应性。
实施例三
如图10-11所示，本实施例中的天线单元分为两种，即第一壳体21与第二壳体23；第一壳体21包含96组Ku频段弹性连接器20和96组Ka频段弹性连接器22，数量为2组；第二壳体23包含48组Ku频段弹性连接器和48组Ka频段弹性连接器，数量为2组；且本实施例中的天线微带板19外形与四块拼接组合后壳体一致，为288单元天线，拼接后的天线阵面如图11所示(为优化显示效果，示意图中减少连接器数量)。
本实施例的工艺流程为：在局部镀银的壳体的凹槽内点涂62Sn36Pb2Ag焊膏；通过工装将对应数量的Ka频段弹性连接器22与Ku频段弹性连接器20安装入壳体的凹槽中，组装焊接工装；通过热风回流焊完成连接器与壳体的互联；在288单元天线微带板19上铺设导电胶膜，其型号为J-468；将天线微带板19通过定位销安装在焊有连接器的壳体上，装配至胶接工装；真空袋压在130℃下固化1.5小时完成导电胶膜的固化；将1组天线单元装配在转接板上，形成天线阵面；天线阵面采用气相沉积保护，之后通过螺钉安装与转接板完成装配；完成组装后天线单元间的公差为±0.045mm。
本实施例中Ka频段单元驻波≤1.8、Ku频段单元驻波≤2.0；剖面厚度≤9.2mm，平面度≤0.2mm(均方根)；可满足50次温度循环(-40℃～+75℃)和13.88g随机振动的环境试验要求，具有良好的可靠性和环境适应性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：制造一体化天线微带板；
步骤二：通过焊膏点涂工艺在壳体的凹槽内焊接固定弹性连接器；
步骤三：在天线微带板上铺设导电胶膜以及安装定位销；
步骤四：将四组天线微带板通过定位销安装在焊有连接器的壳体上，形成天线单元；
步骤五：通过真空袋压完成导电胶膜的固化，粘接天线微带板和壳体，保持弹性连接器的内导体与天线微带紧密贴合，形成天线阵面，并进行气相沉积保护；
步骤六：将天线阵面与转接板互联，利用KK转接连接器将弹性连接器与收发系统互联。
2.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，所述天线微带板为多层结构，上半部分为低频段天线层，下半部分为高频段天线层，低频段天线层和高频段天线层均在多层天线微带板底层有垂直互联触点焊盘，触点焊盘与弹性连接器的内导体互联。
3.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，所述天线微带板的底层铺设大面积地层，大面积底层金属厚度≥45um，大面积地层与触点焊盘的隔离区域半径≥0.25mm。
4.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，在步骤二中，焊接采用真空气相焊、热风回流焊、真空回流焊方法之一完成弹性连接器与壳体的互联，钎透率≥70％。
5.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，在步骤二中，凹槽内按照弹性连接器的外形设有焊膏铺设面，铺设面宽度为点涂焊膏宽度的120％～150％，点涂焊膏成分为62Sn36Pb2Ag、SAC305、Sn54Pb26In20中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，在步骤三中，预烘天线微带板，烘干温度为110～130℃，烘干时间为1.5～4.5小时。
7.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，在步骤五中，组装好的胶接工装和天线微带板装入真空袋，放入真空热压罐进行固化，固化条件为：压力0.1Mpa，温度120～130℃，固化1.5～3小时。
8.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，所述天线微带板的外形尺寸与多个壳体拼接组合之后的总外形尺寸一致，天线微带板的翘曲度应≤0.5％，厚度应≥2.0mm。
9.根据权利要求1所述的一种毫米波一对多双极化双频段天线组件的制造方法，其特征在于，在步骤六中，对天线阵面进行气相沉积防护的气相沉积材料为ParyleneC。
10.一种采用如权利要求1-9任一项所述一对多双极化双频段天线的制造方法制得的一对多双极化双频段天线。
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| CN117154407A (zh) * | 2023-10-30 | 2023-12-01 | 成都雷电微力科技股份有限公司 | 一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列 |
| CN117154407B (zh) * | 2023-10-30 | 2024-01-23 | 成都雷电微力科技股份有限公司 | 一种Ku/Ka双频双极化共口径天线单元及阵列 |
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