CN202550074U - 一种星载Ka频段频率选择反射器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种星载Ka频段频率选择反射器，包括外保护层(1)、金属层(2)、内保护层(3)、前蒙皮层(4)、蜂窝层(5)和后蒙皮层(6)；反射器的基底采用蒙皮-蜂窝夹层结构，即由前蒙皮层(4、蜂窝层(5)和后蒙皮层(6)组成，前蒙皮层(4)、后蒙皮层(6)分别由两层Kevlar介质布构成，蜂窝层(5)为开槽芳纶纤维蜂窝；反射器基底上依次分别为内保护层(3)、金属层(2)和外保护层(1)；外保护层(1)为聚酰亚胺薄膜，内保护层(3)为Tedlar薄膜。该反射器重量轻、频率选择性能优且具有良好的抗力学性能和空间环境耐受能力，特别适合于星载应用。

Description

一种星载Ka频段频率选择反射器

技术领域

本实用新型属于微波通信领域，涉及一种星载Ka频段频率选择反射器，应用于星载多馈源多频段天线系统中。

背景技术

频率选择面在通信频率日益宝贵的今天已显得越来越重要，在通信卫星天线领域尤其如此。频率选择反射器即为采用频率选择面技术实现频率选择功能的反射器。它可以在有限的卫星载荷能力范围内，实现频率资源的高效利用，因此受到各国航天界的高度重视。在星载卫星天线应用中，它往往充当副反射器，在反射一个频段电磁波的同时，对另一个频段电磁波起到透射作用，从而实现通信信号的收发分离。

发明内容

本实用新型的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种星载Ka频段频率选择反射器。

本实用新型的技术解决方案：一种星载Ka频段频率选择反射器，包括外保护层、金属层、内保护层、前蒙皮层、蜂窝层和后蒙皮层；反射器的基底采用蒙皮-蜂窝夹层结构，即由前蒙皮层、蜂窝层和后蒙皮层组成，前蒙皮层、后蒙皮层分别由两层Kevlar介质布构成，蜂窝层为开槽芳纶纤维蜂窝；反射器基底上依次分别为内保护层、金属层和外保护层；外保护层为聚酰亚胺薄膜，内保护层为Tedlar薄膜。

所述的外保护层厚度为20μm。

所述的内保护层厚度为25.4μm。

所述的金属层为铬-铝合金膜，厚度为1.5μm～1.8μm。

所述的蜂窝层厚度为11.5mm。

所述的前蒙皮层、后蒙皮层分别由两层Kevlar介质布按照45度交叉铺设而成。

本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型将多种复合材料相结合，前蒙皮层、蜂窝层和后蒙皮层构成的频率选择反射器基底具有良好的力学性能，可以保证在恶劣的力学环境和温度条件下保持良好的型面精度，同时能够保证频率反射器的抗力学性能和空间环境耐受能力，特别适合于星载应用。

(2)本实用新型内外保护层的使用避免了产品加工过程中的损失，内保护层具有坚固、柔韧和抗疲劳特性，有利于金属层的附着，同时在激光刻蚀过程中起到保护作用。外保护层由聚酰亚胺喷敷而成，可以有效防止在空间恶劣环境下金属层的脱落以及减少金属层出现微裂纹问题。

(3)本实用新型反射器选用铬-铝合金镀膜作为金属层，便于采用激光刻蚀技术形成频率选择图案，保证了频率选择图案的高精度要求，适合Ka及以上频段应用。

附图说明

图1为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器的结构组成示意图；

图2为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器的结构外形示意图；

图3为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器所使用的频率选择单元的示意图；

图4为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器对20GHz电磁波信号的传输性能仿真图；

图5为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器对30GHz电磁波信号的传输性能仿真图；

图6为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器在格里高利双反射面天线中的应用示意图；

图7为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器应用在格里高利双反射面天线后在20GHz频段的插损测试值；

图8为本实用新型的星载Ka频段频率选择反射器应用在格里高利双反射面天线后在30GHz频段的插损测试值。

具体实施方式

如附图1所示，本实用新型由外保护层1、金属层2、内保护层3、前蒙皮层4、蜂窝层5和后蒙皮层6组成。反射器的基底采用蒙皮-蜂窝夹层结构，即由前蒙皮层4、蜂窝层5和后蒙皮层6组成，反射器基底上依次分别为内保护层3、金属层2和外保护层1。上述结构组成反射器的外形如图2所示，该反射器为标准椭球面上的一部分，其在口面上的投影尺寸为476mm×452mm。

外保护层1选择厚度约为20μm的聚酰亚胺薄膜，内保护层3选择厚度约为25.4μm的Tedlar薄膜。前蒙皮层4为两层Kevlar布按45度交叉铺设，后蒙皮层6与前蒙皮层4完全一致；蜂窝层5采用厚度为11.5mm的开槽芳纶纤维纸蜂窝。金属层2为铬一铝合金膜，厚度为1.5μm～1.8μm。

具体的加工工艺可参照下述步骤进行：

首先，本实用新型中分别采用两层Kevlar介质布按照一定角度交叉铺设在开槽芳纶纤维蜂窝两侧以构成整个频率选择反射器的基底。

其次，在反射器基底上均匀铺敷一层Tedlar薄膜，之后在薄膜之上利用电弧离子镀膜技术镀敷一层均匀的铬-铝合金，采用激光刻蚀技术在金属层上刻蚀所需要的频率选择图案，满足Ka频段对加工精度的要求。

最后，在金属层上喷敷一层均匀的聚酰亚胺薄膜。

实施例

本实施例中，反射器的外保护层1选择厚度为20μm的聚酰亚胺薄膜，内保护层3为厚度25.4μm的Tedlar薄膜。前蒙皮层4为两层Kevlar布按45°角度交叉铺设，后蒙皮层6与前蒙皮层4完全一致；蜂窝层5采用厚度为11.5mm的开槽芳纶纤维纸蜂窝。金属层2为铬-铝合金膜，厚度为1.6μm。

反射器的频率选择单元如图3所示，选用同心双环结构，单元大小D×D为4mm×4mm，外环内径R1为1.55mm，内环内径R2为0.80mm，为便于激光刻蚀，内外环宽度均选为0.35mm，图中的C所指的圆环表示需刻蚀部分，其他部分为金属层。。

对以上频率选择反射器进行了电性能仿真，结果如图4、5所示。其中，Hpol代表水平极化波，Vpol代表垂直极化波，从图中可以看出，在20GHz频率附近两种极化波的透射损耗小于0.2dB，对30GHz频率的反射效率达到98％以上。

按照上面的参数制成反射器实物，将其应用在图6所示的双反射面天线中，其中，SM代表主反射器，SR和ST分别代表前副反射器和后副反射器，FR和FT分别代表发射馈源和接收馈源。对该天线进行了电性能测试，结果统计如图7、8所示。从图中可以看出，该反射器在20GHz频段双次透射损耗≤1.5dB，在30GHz频段反射损耗≤0.6dB。

对频率选择反射器进行了热真空试验，试验条件如下：

环境压力：不大于1.3×10-3Pa；

试验温度：-165℃～+125℃；

循环次数：＞12次；

停留时间：每次循环在最高温和最低温端停留时间为2h；

热真空试验前后对频率选择反射器的型面精度均进行了测试，且均为0.13，频率选择反射器的试板也一同参加了热真空试验，试验前后均进行了附着力测试，试板表面经3M胶带拉带后薄膜无剥落或拉离现象。

对频率选择反射器的试板还进行了冷热冲击试验，试验条件如下：

试验温度：-165℃～115℃；

升降温速率：20±5℃/min；

停留时间：1min左右；

试验次数：6000次(15年寿命)；

冷热冲击试验后对频率选择单元的微裂纹情况进行了统计，小于3％。

经过以上试验的考核，可以保证星载Ka频段频率选择反射器电性能良好，且满足12年以上的在轨使用寿命要求。

本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种星载Ka频段频率选择反射器，其特征在于：包括外保护层(1)、金属层(2)、内保护层(3)、前蒙皮层(4)、蜂窝层(5)和后蒙皮层(6)；反射器的基底采用蒙皮-蜂窝夹层结构，即由前蒙皮层(4)、蜂窝层(5)和后蒙皮层(6)组成，前蒙皮层(4)、后蒙皮层(6)分别由两层Kevlar介质布构成，蜂窝层(5)为开槽芳纶纤维蜂窝；反射器基底上依次分别为内保护层(3)、金属层(2)和外保护层(1)；外保护层(1)为聚酰亚胺薄膜，内保护层(3)为Tedlar薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种星载Ka频段频率选择反射器，其特征在于：所述的外保护层(1)厚度为20μm。

3.根据权利要求1所述的一种星载Ka频段频率选择反射器，其特征在于：所述的内保护层(3)厚度为25.4μm。

4.根据权利要求1所述的一种星载Ka频段频率选择反射器，其特征在于：所述的金属层(2)为铬—铝合金膜，厚度为1.5μm～1.8μm。

5.根据权利要求1所述的一种星载Ka频段频率选择反射器，其特征在于：所述的蜂窝层(5)厚度为11.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种星载Ka频段频率选择反射器，其特征在于：所述的前蒙皮层(4)、后蒙皮层(6)分别由两层Kevlar介质布按照45度交叉铺设而成。 

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