基于频率选择表面的小型卫星隐身天线罩及其制备方法与流程

文档序号:11203794阅读:749来源:国知局
基于频率选择表面的小型卫星隐身天线罩及其制备方法与流程

本发明属于航天器天线罩的技术领域,尤其涉及一种基于频率选择表面蜂窝夹层结构的小型卫星隐身天线罩的制备方法。



背景技术:

随着卫星的广泛应用和空间军事化步伐的加快,卫星的安全和生存能力面临日趋严峻的威胁;卫星隐身是反侦察的积极措施,是卫星安全防护和提高生存能力的重要方面。卫星隐身就是针对卫星在轨所面临的探测威胁,采取降低卫星可探测性的技术措施,以达到卫星在轨难以被发现、难以被击中、难以被消灭的目的。

天线是卫星的强散射源,在某些视角范围内对卫星雷达散射截面(radarcrosssection,rcs)贡献高达10dbsm以上,因此,降低天线的rcs是卫星隐身设计的重要研究课题。国内在机载和弹载雷达系统一般通过采用fss天线罩以达到隐身的目的,而用于卫星的隐身天线罩尚无实例。

带有频率选择表面(frequencyselectivesurface,fss)的天线罩技术被广泛应用于航空领域,可有效降低机载雷达和弹载雷达的rcs,是实现飞机和导弹隐身的重要手段,但用于卫星目标的fss天线罩鲜为人知。

对于卫星天线罩来讲,需要的是在保证内部天线正常工作的前提下,实现要求的其他性能。天线罩具有某些波段带通,某些波段带阻的电性能特点,电性能指标高,设计过程中遇到了较大困难。为了减小天线罩对内部天线的影响,需要天线罩在天线工作频段内满足高传输、低反射、低插入相位延迟等要求;同时在天线工作频段外(即阻带)通过fss/a型夹层结构结合天线罩外形实现隐身性能,低介电低损耗的材料能够给天线罩的电性能设计提供更大的裕度。



技术实现要素:

针对于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于频率选择表面的小型卫星隐身天线罩及其制备方法,以实现卫星天线的隐身,并将其应用到卫星天线罩中。

为达到上述目的,本发明的一种基于频率选择表面的小型卫星隐身天线罩,其外形为六棱尖锥体,该隐身天线罩整体结构是双层fss屏a型蜂窝夹层结构,共由5层构成,由内至外分别为:内层fss屏、内蒙皮、中间层、外蒙皮、外层fss屏;其中,内、外蒙皮与中间层之间采用胶膜胶接;内、外层fss屏与相对应的内、外蒙皮之间采用胶膜粘接,所述的中间层包含芯层及承力带,二者并列排布。

优选地,所述的内、外层fss屏材料为铜、铝、金、银、铁、镍、锌、铬或者由上述金属构成的合金。

优选地,所述的内、外蒙皮材料为氰酸酯树脂基体b型石英纤维增强复合材料。

优选地,所述的芯层为nomex芳纶纸蜂窝芯材。

优选地,所述的芯层为nf-1芳纶纸蜂窝芯材、nh-1芳纶纸蜂窝芯材或者nrh芳纶纸蜂窝芯材。

优选地,所述的内、外层fss屏采用覆铜板。

优选地,所述的内、外蒙皮与中间层之间采用由ew-60无碱玻璃布作为载体、涂刷浸渍橡胶增韧改性环氧低粘度胶粘剂制成的胶膜胶接。

优选地,所述的内、外层fss屏与相对应的内、外蒙皮之间采用增韧改性环氧低粘度胶粘剂制成的胶膜粘接。

本发明的一种基于频率选择表面的小型卫星隐身天线罩的制备方法,包括步骤如下:

1)模具准备;

2)内层fss屏准备,将内层fss屏定位到金属阳模的表面;

3)在内层fss屏外表面铺贴内蒙皮,内蒙皮成型;

4)胶膜、中间层准备,将内蒙皮外表面与中间层胶接;

5)承力带成型;

6)胶膜、中间层准备,将中间层与外蒙皮胶接,外蒙皮成型;

7)在外蒙皮外表面铺贴外层fss屏;定位胶接外层fss屏;

8)外层fss屏和外蒙皮出气孔制备;

9)天线罩尖部修型。

本发明的有益效果:

1、本发明的蒙皮材料为宽频带材料,该复合材料在155℃高温下仍具有较高的结构强度,并在宽频范围内介电常数与损耗角正切也相对稳定,有利于满足宽频带的性能要求。

2、本发明通过了高低温交变、真空放气、紫外辐照等太空环境试验,介电性能基本保持不变,满足航天使用要求,具有良好的电性能。

3、本发明的蒙皮材料具有良好的力学性能,由该蒙皮材料和蜂窝芯层构成的天线罩通过了静力、振动、加速度等力学试验,结构强度性能优良。满足了卫星隐身天线罩对高性能材料的需求。

4、本发明的蒙皮成型采用热压罐加压加热工艺,具有较低介电常数、损耗角正切和吸水率,力学性能优良,且易成型,工艺性好。

附图说明

图1a为隐身天线罩第一三维造型图。

图1b为隐身天线罩第二三维造型图。

图2为天线罩壁结构剖面图。

图3为天线罩罩壁结构样件。

图4为本制备方法的工艺流程图。

图5为通带fss等效平板频响曲线示意图。

图6为c波段阻带fss等效平板频响曲线示意图。

图7为x波段阻带fss等效平板频响曲线示意图。

图8为天线横滚角30°时,无天线罩的卫星rcs示意图。

图9为天线横滚角30°时,有天线罩的卫星rcs示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解,下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明,实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

参照图1a、图1b、图2及图3所示,本发明的一种基于频率选择表面的小型卫星隐身天线罩,其外形为六棱尖锥体,该隐身天线罩三维造型图如图1a、图1b所示。该隐身天线罩整体结构是双层fss屏a型蜂窝夹层结构,共由5层构成,由内至外分别为:内层fss屏1、内蒙皮2、芯层3、承力带6、外蒙皮4、外层fss屏5,其中,芯层3及承力带6构成中间层,二者并列排布;罩壁具体剖面示意图见图2。内、外蒙皮采用氰酸酯树脂基体b型石英纤维增强复合材料,芯层采用nomex芳纶纸蜂窝芯材,内、外蒙皮与中间层之间采用由ew-60无碱玻璃布作为载体、涂刷浸渍橡胶增韧改性环氧低粘度胶粘剂制成的胶膜胶接;内、外层fss屏与相对应的内、外蒙皮之间采用增韧改性环氧低粘度胶粘剂制成的胶膜粘接。该隐身天线罩的毛坯成型采用阳模,蒙皮成型采用热压罐加热加压固化工艺。

其中,所述的内、外层fss屏材料为铜,铝,金,银,铁,镍,锌,铬或者由上述金属构成的合金。

其中,所述的内、外蒙皮材料为氰酸酯树脂基体b型石英纤维增强复合材料,该材料通过了高低温交变、真空放气、紫外辐照等太空环境试验,介电性能基本保持不变,满足航天使用要求,具有良好的电性能;

上述内、外蒙皮材料选用的复合材料采用预浸料热压罐加压加热工艺成型。该材料具有较低的介电常数、损耗角正切、吸水率,力学性能优良,良好的工艺性等优点。氰酸酯树脂基体b型石英纤维增强复合材料在155℃下仍具有较高的力学性能,可保证航天器天线罩在高温条件下的长期使用。该材料体系在宽频范围内,介电常数与损耗角正切相对稳定,有利于满足宽频带的性能要求。

芯层采用nomex芳纶纸蜂窝芯材,格孔呈正六边形,蜂窝与内、外蒙皮胶接使用由ew-60无碱玻璃布作为载体、涂刷浸渍橡胶增韧改性环氧低粘度胶粘剂制成的胶膜。内、外层fss屏采用覆铜板。于其他实施例中,所述的芯层还可以为nf-1芳纶纸蜂窝芯材、nh-1芳纶纸蜂窝芯材或者nrh芳纶纸蜂窝芯材。

如图3所示,该卫星隐身天线罩选用a型夹层结构两侧加载复合双十字型fss屏的方案,这种fss将耶路撒冷十字单元和四腿加载单元两种典型fss单元结合而构成。

由图5至图7可看出:通带内随着频率的升高,插损值逐渐增大。频率为2.3ghz时,垂直极化下插损值为-2.86db,水平极化下插损值为-1.52db,折算成圆极化插损值为-2.14db,考虑公差后,通带内满足插损小于3db的要求。c波段阻带内插损最大值为-30.ldb,满足插损大于15db的要求。x波段阻带内频率为8.8ghz时,水平极化下插损值为-26.6db,满足插损大于15db的要求。

参照图4所示,本发明的一种基于频率选择表面的小型卫星隐身天线罩的制备方法,包括步骤如下:

1)模具准备;

2)内层fss屏准备,将内层fss屏定位到金属阳模的表面;

3)在内层fss屏外表面铺贴内蒙皮,内蒙皮成型;

4)胶膜、中间层准备,将内蒙皮外表面与中间层胶接;

5)承力带成型;

6)胶膜、中间层准备,将中间层与外蒙皮胶接,外蒙皮成型;

7)在外蒙皮外表面铺贴外层fss屏;定位胶接外层fss屏;

8)外层fss屏和外蒙皮出气孔制备;

9)天线罩尖部修型。

上述制备工艺的关键技术:

蜂窝拼接与组合:

上述步骤4)中,由于该制备方法的应用是制作一个天线罩,天线罩外形为六棱尖锥型,天线罩有六个棱边,在棱边处蜂窝不能完全符型,并且蜂窝变形较大,蜂窝受压容易失稳压塌。因此,采用蜂窝分片的方法,按棱面的尺寸将蜂窝加工成六片,蜂窝组合后在棱线两边的蜂窝格孔内使用填充料进行填充,以避免蜂窝受压压塌。

外fss屏和外蒙皮一体打孔:

上述步骤8)中,天线罩在铺贴完外fss屏后对成型为一体的外层fss屏和外蒙皮打孔,打孔时应尽量减少对fss屏上阵子单元的破坏。天线罩外表层打孔后,实现了天线罩的真空放气结构功能。

尖部和棱边成型:

上述步骤9)中,由于天线罩尖锥角度较小,且蜂窝变形较大,蜂窝受压容易失稳。天线罩尖部蜂窝内用填充料进行填充。由于尖部和棱边有r2的圆角,将蜂窝表面的填充料打磨平整后,再将尖部和棱边轻轻打磨出r2的圆角。外蒙皮成型后再次使用填充料修出尖部和棱边,继而铺贴fss屏。

为了测试该隐身天线罩应用于卫星后,卫星的隐身性能的变化,进行了卫星不同状态下的雷达散射截面测试,即隐身性能测试。图8和图9分别示出了:当卫星天线在30°横滚角下,有无fss天线罩两种状态下的卫星rcs。由图8和图9可看出:通过对无隐身天线罩、有隐身天线罩的卫星rcs对比,两种情况下,鼻锥向±40°范围内,卫星不加隐身天线罩时的rcs值不小于2.3m2,带隐身天线罩的卫星rcs值不大于0.12m2。表明将频率选择表面隐身天线罩加于卫星上后,卫星具有较好的隐身效果。

本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

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