CN1202023A - 一种曲面微带天线的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种曲面微带天线的制作方法,先对基体进行表面活化处理,然后按照天线设计图线,在计算机控制操作下,用激光刻蚀工艺,制作出螺旋线图形,最后经胶体钯活化、解胶、化学镀铜、电镀金工艺,制得所需曲面天线。本发明避免了掩膜工艺的局限性,大大缩短了制作周期,提高了天线的质量和成品率。

Description

一种曲面微带天线的制作方法

本发明属通讯技术领域，是一种曲面微带天线的制作方法。

曲面微带天线简称曲面天线，一般是指由以旋转曲面体为基体的微带天线，例如球面天线、抛物面天线、锥形天线等。曲面天线，尤其是锥形天线是由于其优良的性能在卫星通讯、运载火箭测控通讯、飞船等领域有着广泛的应用。

目前，锥形天线的制作一般采用薄膜工艺，它利用锥体表面展开为平面的特性，将螺旋线图形用照相制成平面的掩膜，然后包裹在经沉铜工艺后涂上光刻胶的锥形基本上，加上有机玻璃外罩，在紫外光下曝光，经显影、刻蚀、去膜、电镀金等工艺过程，制作出符合设计要求的锥形天线。用上述方法制作天线，工艺步骤复杂，掩膜拼接困难，常有缝隙出现，甚至发生螺旋线错位，影响天线质量，而且制作工期长，一般需要一个星期。产品合格率也较低。

本发明的目的在于提出一种可简化制作工艺，缩短制作周期，提高产品合格率的曲面天线制作方法。

本发明提出的曲面天线制作方法如下：根据曲面天线的设计要求，确定旋转曲面基体的几何尺寸、螺旋线的臂数n、相位差δ，矢径长度ρ₀，以及天线的缠绕角α。用机械加工等方法制作旋转曲面基体，材料可用聚四氟乙烯，先对基体进行表面活化处理，然后按照天线的设计图形，用激光直接对经表面活化的基体进行刻蚀，以去除不需要沉积金属部分(即螺旋线形以外)的活化物质，制作出螺旋线图形，最后用胶体钯活化、解胶、化学镀铜和电镀金，即得所需要的曲面形天线。

上述方法中，用激光刻蚀基体上螺旋线的过程由计算机控制，以确保精度。即在激光扫描系统中，将经过表面活化处理的基体放置于三维工作台上，三维工作台可由x-y平台和旋旋台组成，基体母线沿x轴方向，x-y平台控制基体在x，y方向的平面运动，旋转台控制基体绕中心轴转动。旋转台的旋转轴与水平方向的夹角在0～90°范围可调，以适应对不同基体的激光刻蚀的需要。根据曲面天线的各种参数，由计算机控制三维工作台的运动和声光开关，使之刻蚀出符合设计要求的螺旋线图形。其激光扫描系统如图1所示。

本发明中用激光刻蚀基体表面活化物质，是利用激光能量将活化物质碳化分解。当激光功率密度较小时，就需要激光束在一点上停留较长时间，以便积聚足够的能量，使活化物质分解，当激光功率密度较大时，激光束停留的时间可以缩短，即扫描速度可加快。由此可见，激光扫描速度与激光功率密度大小有关，而激光功率密度是由激光器的功率及靶面激光的斑点直径大小决定。因此，激光器的功率、激光束在靶面的斑点直径大小以及激光扫描速度三者之间存在相互依存、相互制约的关系。本发明中，根据螺旋线图形制作精度的要求和x-y平台的驱动情况(步进电机驱动)，选择激光扫描速度(即工作平台的运动速度)为1-4mm/秒，激光器的靶面功率为0.3-3W，激光束斑点直径为5-50μ。

本发明中，基体上的螺旋线如图2所示。其中阴影部分为螺旋线。螺旋线的方程为(对锥形基体而言)； $\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_0\exp \left(\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\mathrm{tg\α}}\mathrm{\ψ}\right)$

在实际使用中，螺旋线有一定的宽度，需要制作的螺旋线为下述曲线围成的区域(即图2中的阴影部分)： ${\mathrm{\ρ}}_1={\mathrm{\ρ}}_0\exp \left(\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\mathrm{tg\α}}\mathrm{\ψ}\right)$ ${\mathrm{\ρ}}_2={\mathrm{\ρ}}_0\exp (\frac{\sin {\mathrm{\θ}}_0}{\mathrm{tg\α}}(\mathrm{\ψ}-\mathrm{\δ})$ 式中：θ₀为1/2圆锥角，ρ₀为圆锥顶点到天线顶部分的矢径长，ρ₁，ρ₂为圆锥顶点分别到螺旋线上边缘和下边缘的矢径长，α为天线的缠绕角，δ为相位差。

当ρ₀，α，θ₀确定后，锥形天线上的螺旋线宽由相信差δ决定。在用激光制作螺旋图形时，由计算机控制x-y平台和旋转台，激光束沿锥体母线方向(即x方向)进行扫描，并控制声光开关的开启与关闭。激光扫描过程中，当激光处于图2中A、B、C区域(即螺旋形天线)时，声光开关关闭，保留锥形表面的活化物质，而在其它区域时，声光开关开启，激光扫描该区域，将锥体表面的活化物质刻蚀掉，从而在锥体表面制作出螺旋线图形。

本发明中，对基体上螺旋线图形的化学镀铜与电镀金工艺与通常的工艺相同。

由本发明提出的激光刻蚀工艺制作的曲面天线，其镀层与基体的结合力达到0.4-0.7kg/mm²，边缘清晰度与掩膜法制得的锥形天线相当。而本发明方法避免了掩膜法中拼接所造成的缝隙和螺旋线位差。大大改善了天线的质量性能，此外，本发明方法使天线制作周期大大缩短，即由1周缩短为1天，产品的成品率也大为提高。

下面结合实施例和附图进一步描述本发明。

图1为激光刻蚀曲面天线工作示意图

图2为锥形天线示意图

其中1为旋转曲面基体，2为三维工作台，3为激光器，4为步进电机，5为控制计算机，6为声光开关，7为声光开关控制电源，8为聚焦镜。

实施例，制作锥形天线，根据锥形天线的设计要求，确定锥形基体的几何尺寸，用聚四氟乙烯材料机械加工锥形基体，加工精度为±10μ。对锥体表面进行活化处理。然后将锥体置于激光扫描系统的三维工作台，将锥体的几何尺寸及螺旋线的参数：螺旋线臂数n，相位差δ，缠绕角α，矢径长度ρ₀等，输入计算机，计算机中编制有相应的控制和操作程序，使计算机按照锥体螺旋线的图形，控制声光开关和三维工作台的运动。激光器采用钨盘氩离子激光器，光路中，反射镜对波长为480-540mm的光，反射率达到96％以上，聚焦镜的焦距为20mm，声光开关：输出的零级光占60％左右，一级光占40％，三维工作台由x-y平台与旋转台组成，由步进电机作为动力源，步进电机的起动速度为1mm/s，最大运行速度为5mm/s，分辨率为2.5μm，位移精度为1μm，行程150×300(mm)。激光扫描速度为2.5mm/秒，激光器的靶面功率为0.4W，激光束斑点直径为50μ。按照图2所示，对其非阴影部分，用激光进行扫描刻蚀，去除不需要沉积金属部分的活化物质，制得螺旋线图形(未去除活化物质的部分)。然后，用通常的工艺在活化的螺旋线上沉积金属，即镀铜和电镀金，具体步骤如下：用丙酮超声波除油，胶体钯活化，解胶，蒸馏水超声波清洗，化学镀铜，再用蒸馏水超声波清洗，用10wt％H₂SO₄去除氧化铜，再用蒸馏水超声波清洗，最后电镀金。

其中，胶体钯活化工艺中，其活化液配方及操作条件为：氯化钯：0.25g/l，盐酸(37％)：10ml/l，氯化亚锡：3.2g/l，锡酸钠：0.5g/l，氯化钠：250g/l，尿素：50g/l，操作温度：室温，时间：2-3分钟，PH：0.7-0.8。

活化处理后，在基材表面吸附着以钯粒子为核心，在钯核周围具有碱式锡酸盐的胶体化合物。在化学镀铜前，应将碱式锡酸盐去除，即解胶处理，使活性的钯晶核充分暴露出来，从而使钯晶核具有非常强而均匀的活性。经过解胶处理，再进行化学镀铜，不但可提高胶体钯的活性，而且也可显著提高化学镀铜层与基材之间的结合强度。解胶处理液采用5％的氢氧化钠水溶液，在室温下处理1-3分钟。

化学镀铜的配方及工作条件如下：硫酸铜：10g/l，EDTA二钠盐：40g/l氢氧化钠：12g/l，亚铁氰化钾：0.1g/l，联吡啶：0.01g/l，甲醛：10g/l。工作温度：50-60℃，沉积速率：4-5μm/h，PH值：12-12.5。

电镀金的配方及工作条件为：金(以氰化金钾形式加入)：6-16g/l，磷酸二氢钾(KH₂PO₄)：10g/l，磷酸氢二钾(K₂HPO₄)：40g/l。工作温度：32-54℃，PH值6.5-7。

由上述方法制得的锥形天线，不存在拼接缝隙和螺旋线位差，精度大大提高。制作周期只需一天时间。螺旋线边缘清晰度完全符合设计要求，镀层与基体的结合力强，经焊接测试三点，结果为：一点为4mm²，拉力牢度大于3.5kg；一点为6mm²，拉力牢度大于2.4kg；一点为8mm²，拉力牢度大于3.5kg。

Claims (6)

1.一种曲面天线的制作方法，根据曲面天线的设计要求，确定基体的几何尺寸，螺旋线臂数n，相位差δ，矢径长度ρ₀，天线缠绕角α，制作旋转曲面基体，其特征在于先对基体进行表面活化处理，然后按照天线的设计图形，用激光直接对经表面活化处理的基体进行刻蚀，制作出螺旋线图形，最后进行化学镀铜和电镀金，激光刻蚀过程电计算机控制。

2.根据权利要求1所述的曲面天线的制作方法，其特征在于激光刻蚀螺旋线图形时，激光扫描速度控制范围为1-4mm/秒，激光器的靶面功率为0.3-3.0w，激光束斑点直径为5-50μ。

3.根据权利要求1或2所述的曲面天线的制作方法，其特征在于胶体钯活化工艺中活化液配方及操作条件为：氯化钯：0.25g/l，盐酸(37％)：10ml/l，氯化亚锡：3.2g/l，锡酸钠：0.5g/l，氯化钠：250g/l，尿素：50g/l，操作温度：室温，时间：2-3分钟，PH：0.7-0.8。

4.根据权利要求3所述的曲面天线的制作方法，其特征在于解胶处理液采用5％的氢氧化钠水溶液，在室温下处理1-3分钟。

5.根据权利要求4所述的曲面天线的制作方法，其特征在于化学镀铜的配方及工作条件如下：硫酸铜：10g/l，EDTA二钠盐：40g/l，氢氧化钠：12g/l，亚铁氰化钾：0.1g/l，联吡啶：0.01g/l，甲醛：10g/l，工作温度：50-60℃，沉积速率：4-5μm/h，PH：12-12.5。

6.根据权利要求5所述的曲面天线的制作方法，其特征在于电镀金的配方及工作条件为：金：6-16g/l，磷酸二氢钾：10g/l，磷酸氢二钾：40g/l，工作温度：32-54℃。PH：6.5-7。

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