一种基于复合材料和多层结构的可承载天线的制作方法
1.本发明涉及相控阵雷达天线技术领域，具体涉及一种基于复合材料和多层结构的可承载天线。
背景技术：
2.随着作战环境越来越复杂，对我军武器平台的生存能力和作战效能提出了严峻挑战，这对新一代武器平台提出了高隐身、全方位探测和感知、高机动性等需求。
3.目前大部分飞机表面被天线占据，且这些天线大多凸出机体表面，明显增加了飞机的气动阻力，严重降低了飞机的机动性。每部天线都是一个强散射体，将严重地影响战斗机的隐身性能。此外，大多天线安装需要支撑结构，这不仅增加了飞机重量，同时也占据了机体内有限的空间，进而增加了修理与维护成本。因此，研究基于复合材料和多层结构的可承载天线，发展可承载的超薄超宽带共形天线技术，实现多部不同频段天线的功能复用和面积共享，大幅减少天线数量，减少承载结构和机体表面凸起，从而可以大幅提升战机的机动性和隐身性能。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明提供一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，解决现有技术中传感器与平台一体化承载融合较差的技术问题。
5.本说明书实施例提供以下技术方案：一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，所述可承载天线的天线单元结构包括：面板；夹层，位于面板和天线辐射层之间；天线辐射层，包括介质基板和半固化片，多个半固化片分别位于多层介质基板的中间和顶部，半固化片的表面具有金属贴片，多个金属贴片通过半固化片和介质基板压合而成，半固化片之间具有环形贴片，环形贴片围绕金属贴片形成环形结构；天线馈电层，包括金属地板，金属地板刻蚀于介质基板的下表面，通过导电胶和天线底座粘接相连；金属栅格框架，同轴连接器嵌入在天线基座和金属栅格框架中，天线辐射层和天线基座位于金属栅格框架内部，通过固定螺钉与金属栅格框架固定连接。
6.进一步的，金属贴片包括：第一金属贴片位于第一半固化片上表面，位于同层的两个第一金属贴片中，一个通过金属化过孔和同轴连接器的针芯相连，另一个通过金属化过孔和金属地板相连；第二金属贴片位于第二半固化片下表面，第二金属贴片和第一金属贴片的重叠部分通过铜浆块烧结而成；第三金属贴片位于第三半固化片上表面，通过金属化过孔与第二金属贴片相连；第四金属贴片位于第四半固化片下表面，第四金属贴片和第三金属贴片的重叠部分通过铜浆块烧结而成；第五金属贴片位于第五半固化片上表面，通过金属化过孔与第四金属贴片相连；第六金属贴片位于第六半固化片下表面，第六金属贴片和第五金属贴片的重叠部分通过铜浆块烧结而成。
7.进一步的，第七半固化片的上表面还具有寄生金属贴片，通过半固化片压合而成。
8.进一步的，金属贴片中，位于同一半固化片之上的两个金属贴片在水平面上具有
一定的间距且关于所述天线单元结构中心对称分布。
9.进一步的，金属贴片、寄生金属贴片沿所述天线单元结构的中心依次排开，逐渐向所述天线单元结构的边缘靠近。
10.进一步的，两个环形贴片分别位于第四半固化片和第三半固化片之间以及第二半固化片和第一半固化片之间，围绕相应半固化片之上的金属贴片形成环形结构。
11.进一步的，金属栅格框架由长方形金属、金属围框堆叠而成，所述金属围框为半个“i”字型金属柱，“i”字型的长边沿着天线磁场面的两个棱边排布。
12.进一步的，金属贴片、金属化过孔和铜浆块，形成渐变槽天线结构，介质基板、半固化片和夹层形成了所述天线单元结构的宽角匹配层。
13.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明提供了一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，包括面板；夹层；天线辐射层，天线辐射层包括介质基板和半固化片，半固化片的表面具有金属贴片，半固化片之间具有环形贴片，环形贴片围绕金属贴片形成环形结构；天线馈电层，包括金属地板，金属地板刻蚀于介质基板的下表面，通过导电胶和天线底座粘接相连；金属栅格框架，同轴连接器嵌入在天线基座和金属栅格框架中，天线辐射层和天线基座位于金属栅格框架内部，通过固定螺钉与金属栅格框架固定连接。实现了天线宽带宽角扫描的性能，同时具有低剖面的特性，具有易与载体表面共形、易与有源器件集成等优点，且天线具有一定的承载能力，提高了实际工程应用的价值。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
15.图1是本发明实施例的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线示意图；
16.图2是本发明实施例的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线侧视图；
17.图3是本发明实施例的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线的天线单元结构示意图；
18.图4是本发明实施例的金属栅格框架示意图；
19.图5是本发明实施例的天线单元结构组成有源相控阵的阵中单元的有源驻波曲线。
20.图中附图标记：1、面板；2、夹层；3、介质基板；4、半固化片；4a、第七半固化片；4b、第六半固化片；4c、第五半固化片；4d、第四半固化片；4e、第三半固化片；4f、第二半固化片；4g、第一半固化片；5、导电胶；6、天线底座；7、同轴连接器；8、固定螺钉；9、金属栅格框架；10、金属地板；11、铜浆块；12、金属化过孔；13、金属贴片；13f、第一金属贴片；13e、第二金属贴片；13d、第三金属贴片；13c、第四金属贴片；13b、第五金属贴片；13a、第六金属贴片；14、寄生金属贴片；15、环形贴片；16、天线辐射层；17、天线馈电层；18、天线单元结构。
具体实施方式
21.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
22.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
23.如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，是一种二维曲面共形的天线阵列，包括面板1、夹层2、天线辐射层16、天线馈电层17，天线阵面部分由天线单元结构18周期排布而成，如图3和图4所示，所述可承载天线的天线单元结构18包括：面板1；夹层2，位于面板1和天线辐射层16之间；天线辐射层16，包括介质基板3和半固化片4，多个半固化片4分别位于多层介质基板3的中间和顶部，半固化片4的表面具有金属贴片13，多个金属贴片13通过半固化片4和介质基板3压合而成，半固化片4之间具有环形贴片15，环形贴片15围绕金属贴片13形成环形结构；天线馈电层17，包括金属地板10，金属地板10刻蚀于介质基板3d的下表面，通过导电胶5和天线底座6粘接相连；金属栅格框架9，同轴连接器7嵌入在天线基座6和金属栅格框架9中，天线辐射层16和天线基座6位于金属栅格框架9内部，通过固定螺钉8与金属栅格框架9固定连接。
24.具体而言，面板1采用高强度、高模量、宽频透波的纤维复合材料铺贴而成；夹层2位于面板1和天线辐射层16之间，采用泡沫材料。面板1具有高透波高承载特性，具体厚度根据载荷大小设计；夹层2用于提供刚度支持，具有透波特性，此外还起到调节结构电参数的作用。
25.进一步的，金属贴片13包括：第一金属贴片13f位于第一半固化片4g上表面，位于同层的两个第一金属贴片13f中，一个通过金属化过孔12和同轴连接器7的针芯相连，另一个通过金属化过孔12和金属地板10相连；第二金属贴片13e位于第二半固化片4f下表面，第二金属贴片13e和第一金属贴片13f的重叠部分通过铜浆块11烧结而成；第三金属贴片13d位于第三半固化片4e上表面，通过金属化过孔12与第二金属贴片13e相连；第四金属贴片13c位于第四半固化片4d下表面，第四金属贴片13c和第三金属贴片13d的重叠部分通过铜浆块11烧结而成；第五金属贴片13b位于第五半固化片4c上表面，通过金属化过孔12与第四金属贴片13c相连；第六金属贴片13a位于第六半固化片4b下表面，第六金属贴片13a和第五金属贴片13b的重叠部分通过铜浆块11烧结而成。
26.进一步的，第七半固化片4a的上表面还具有寄生金属贴片14，通过第七半固化片4a压合而成。
27.可选择的，金属贴片13的各金属贴片的形状可以为正方形、长方形等。
28.优选的，金属贴片13中，位于同一半固化片4之上的两个金属贴片13在水平面上具有一定的间距且关于所述天线单元结构中心对称分布。
29.优选的，金属贴片13、寄生金属贴片14沿所述天线单元结构的中心依次排开，逐渐向所述天线单元结构的边缘靠近。
30.进一步的，两个环形贴片15分别位于第四半固化片4d和第三半固化片4e之间以及第二半固化片4f和第一半固化片4g之间，围绕相应半固化片4之上的金属贴片13形成环形
结构。
31.可选择的，环形贴片15的形状包括椭圆环形、矩形环、菱形环以及其他变形形状。
32.进一步的，金属栅格框架9由长方形金属、金属围框堆叠而成，所述金属围框为半个“i”字型金属柱，“i”字型的长边沿着天线h面的两个棱边排布。
33.进一步的，金属贴片13、金属化过孔12和铜浆块11，形成渐变槽天线结构，介质基板3a、第七半固化片4a和夹层2形成了所述天线单元结构的宽角匹配层。
34.实施例一
35.如图1和图2所示，是由天线单元结构18组成的相控阵天线，整个辐射层及馈电层剖面高度仅为0.39λh(0.39倍最高频率对应的波长)左右，具有低剖面的特性。阵中单元的有源驻波如图5所示。可以看出，该天线可以在0.2f0～1.8f0(0.2倍中心频率～0.8倍中心频率)的工作频带(vswr＜2.5，有源驻波低于2.5)内实现e面(电场面)和h面(磁场面)的
±
60
°
扫描，表明本发明中的天线具有超宽带的辐射特性。
36.仿真分析该天线的展向、弦向、剪切应力云图，可知在天线结构承载区域，其应力水平不小于70mpa。在满足70mpa承载能力的前提下，分析计算得到该天线总体稳定性最小安全裕度m.s.＝1.44-1＝0.44，表明该结构在上述载荷下不会发生总体屈曲。因此本发明中实现的天线具备高承载的能力。
37.综上所述，本技术实施例中所提供的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，与现有技术相比所能够实现的技术效果至少包括：
38.1.本发明有效地扩展了微带天线的带宽，将扫描盲点移出工作带宽，使微带相控阵天线在40％工作带宽的基础上，扫描角域得到显著提升，e面(电场面)扫描角可达到
±
60
°
，h面(磁场面)扫描角达到
±
45
°
，同时保留了微带天线剖面低、体积小、重量轻、易与载体表面共形、易与有源器件集成等优点。
39.2.本发明所采用的结构，设计及加工难度系数低，易于实现，具有较强的工程实践意义。
40.3.本发明可用于实现微带天线宽带宽角扫描，可用于各种舰载、机载、路基平台上的各种雷达和电子战、通信设备上。
41.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
技术特征：
1.一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，所述可承载天线的天线单元结构(18)包括：面板(1)；夹层(2)，位于面板(1)和天线辐射层(16)之间；天线辐射层(16)，包括介质基板(3)和半固化片(4)，多个半固化片(4)分别位于多层介质基板(3)的中间和顶部，半固化片(4)的表面具有金属贴片(13)，多个金属贴片(13)通过半固化片(4)和介质基板(3)压合而成，半固化片(4)之间具有环形贴片(15)，环形贴片(15)围绕金属贴片(13)形成环形结构；天线馈电层(17)，包括金属地板(10)，金属地板(10)刻蚀于介质基板(3d)的下表面，通过导电胶(5)和天线底座(6)粘接相连；金属栅格框架(9)，同轴连接器(7)嵌入在天线基座(6)和金属栅格框架(9)中，天线辐射层(16)和天线基座(6)位于金属栅格框架(9)内部，通过固定螺钉(8)与金属栅格框架(9)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，金属贴片(13)包括：第一金属贴片(13f)位于第一半固化片(4g)上表面，位于同层的两个第一金属贴片(13f)中，一个通过金属化过孔(12)和同轴连接器(7)的针芯相连，另一个通过金属化过孔(12)和金属地板(10)相连；第二金属贴片(13e)位于第二半固化片(4f)下表面，第二金属贴片(13e)和第一金属贴片(13f)的重叠部分通过铜浆块(11)烧结而成；第三金属贴片(13d)位于第三半固化片(4e)上表面，通过金属化过孔(12)与第二金属贴片(13e)相连；第四金属贴片(13c)位于第四半固化片(4d)下表面，第四金属贴片(13c)和第三金属贴片(13d)的重叠部分通过铜浆块(11)烧结而成；第五金属贴片(13b)位于第五半固化片(4c)上表面，通过金属化过孔(12)与第四金属贴片(13c)相连；第六金属贴片(13a)位于第六半固化片(4b)下表面，第六金属贴片(13a)和第五金属贴片(13b)的重叠部分通过铜浆块(11)烧结而成。3.根据权利要求1所述的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，第七半固化片(4a)的上表面还具有寄生金属贴片(14)，通过第七半固化片(4a)压合而成。4.根据权利要求1所述的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，金属贴片(13)中，位于同一半固化片(4)之上的两个金属贴片(13)在水平面上具有一定的间距且关于所述天线单元结构中心对称分布。5.根据权利要求1所述的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，金属贴片(13)、寄生金属贴片(14)沿所述天线单元结构的中心依次排开，逐渐向所述天线单元结构的边缘靠近。6.根据权利要求1所述的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，两个环形贴片(15)分别位于第四半固化片(4d)和第三半固化片(4e)之间以及第二半固化片(4f)和第一半固化片(4g)之间，围绕相应半固化片(4)之上的金属贴片(13)形成环形结构。
7.根据权利要求1所述的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，金属栅格框架(9)由长方形金属、金属围框堆叠而成，所述金属围框为半个“i”字型金属柱，“i”字型的长边沿着天线h面的两个棱边排布。8.根据权利要求1所述的一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，其特征在于，金属贴片(13)、金属化过孔(12)和铜浆块(11)，形成渐变槽天线结构，介质基板(3a)、第七半固化片(4a)和夹层(2)形成了所述天线单元结构的宽角匹配层。
技术总结
本发明提供了一种基于复合材料和多层结构的可承载天线，天线单元结构包括面板；夹层；天线辐射层，天线辐射层包括介质基板和半固化片，半固化片的表面压合有金属贴片，半固化片之间具有环形贴片，环形贴片围绕金属贴片形成环形结构；天线馈电层，包括金属地板，金属地板刻蚀于介质基板的下表面，通过导电胶和天线底座粘接相连；金属栅格框架，同轴连接器嵌入在天线基座和金属栅格框架中，天线辐射层和天线基座位于金属栅格框架内部，通过固定螺钉与金属栅格框架固定连接。本发明提供的天线具有宽带宽角扫描的性能，同时具有低剖面的特性，具有易与载体表面共形、易与有源器件集成等优点，且天线具有一定的承载能力，提高了实际工程应用的价值。程应用的价值。程应用的价值。
