一种承载/辐射一体化多波束天线结构及其制备方法和应用

本发明涉及复合材料及天线，尤其涉及一种承载/辐射一体化多波束天线结构及其制备方法和应用。

背景技术：

1、机载天线承担着飞机通信、导航、敌我识别、对抗等多重任务，机载天线设计成为现代信息化战争中各国竞相争抢的技术高地。而传统雷达天线罩及外置天线不但会增大飞机雷达散射截面(rcs)，还会对气动性能产生不利影响，同时增加了飞行器的整体重量、复杂性以及维护成本。因此迫切需要既能与飞机装备平台高度集成和融合，又兼具优良力学和电磁性能的天线。

2、遗憾的是，传统一体化天线的电磁性能设计与力学性能设计通常是分开的，即针对电磁需求设计天线，并在其周围安装保护壳，上方安装天线罩，在不影响天线辐射特性的同时进行力学承载，天线、保护壳、天线罩各自承担不同责任，独立工作，结构利用效率低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种承载/辐射一体化多波束天线结构及其制备方法和应用。本发明提供的天线结构在实现多波束辐射的同时具有优异的力学性能，并且结构利用率高。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种承载/辐射一体化多波束天线结构，包括：

4、上透射面板和下透射面板；

5、设置在所述上透射面板和下透射面板之间的导波结构；所述导波结构包括聚四氟乙烯板以及设置在聚四氟乙烯板两侧表面的金属阵列；所述导波结构的数量为8条，且至少4条导波结构的金属阵列表面还粘贴有增强贴片；

6、馈电结构；所述馈电结构包括法兰盘和设置在法兰盘上的探针；所述导波结构与所述上透射面板和下透射面板垂直，且环绕所述探针均匀排列；

7、填充在相邻导波结构空隙间的泡沫材料。

8、优选的，相邻导波结构的夹角为45°，所述导波结构的高度等于上透射面板和下透射面板之间的垂直高度。

9、优选的，所述馈电结构的法兰盘嵌入所述下透射面板中，探针置于所述导波结构环绕区域的中心处。

10、优选的，所述金属阵列的材质为铜，所述金属阵列靠近探针一侧的边缘和所述探针的垂直距离为4～12mm；

11、所述金属阵列为金属锯齿阵列；所述金属锯齿阵列包括传输段和设置在传输段两侧的过渡段，所述传输段中的金属锯齿呈恒定分布，所述过渡段的锯齿呈梯度分布。

12、优选的，所述金属锯齿阵列中，相邻金属锯齿的间距为0.1～0.3mm，传输段金属锯齿的的齿高为2～3mm，金属锯齿的宽度为0.1～0.3mm；所述过渡段的轮廓为抛物线构型。

13、优选的，所述上透射面板、下透射面板和增强贴片的材质为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料；所述上透射面板、下透射面板和增强贴片的厚度独立地为0.5～1mm；所述聚四氟乙烯板的厚度为0.5～1mm，所述金属阵列的厚度为0.018～0.035mm；所述泡沫材料为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。

14、优选的，所述探针的直径为0.6mm，长度为6.5～10mm。

15、本发明还提供了上述方案所述承载/辐射一体化多波束天线结构的制备方法，包括以下步骤：

16、对具有金属镀层的聚四氟乙烯板进行刻蚀，在聚四氟乙烯板两侧表面形成金属阵列，得到导波结构；

17、取8条导波结构，在至少4条导波结构的金属阵列表面粘贴增强贴片，之后将全部的导波结构固定在所述上透射面板和下透射面板之间，在相邻导波结构的空隙中填充泡沫材料，将馈电结构的法兰盘嵌入到下透射面板中，探针置于导波结构的中心，得到承载/辐射一体化多波束天线结构。

18、优选的，固定所述导波结构的方法包括：将相互垂直的四个导波结构开槽嵌锁，将嵌锁后的结构粘贴固定在上透射面板和下透射面板之间，剩余导波结构直接粘贴固定；所述开槽嵌锁时预留空隙，所述馈电结构的探针嵌入在所述预留空隙中。

19、本发明还提供了上述方案所述的承载/辐射一体化多波束天线结构或上述方案所述制备方法制备得到的承载/辐射一体化多波束天线结构在雷达天线中的应用。

20、本发明提供了一种承载/辐射一体化多波束天线结构，包括：上透射面板和下透射面板；设置在所述上透射面板和下透射面板之间的导波结构；所述导波结构包括聚四氟乙烯板以及设置在聚四氟乙烯板两侧表面的金属阵列；所述导波结构的数量为8条，且至少4条导波结构的金属阵列表面还粘贴有增强贴片；馈电结构；所述馈电结构包括法兰盘和设置在法兰盘上的探针；所述导波结构与所述上透射面板和下透射面板垂直，且环绕所述探针均匀排列；填充在相邻导波结构空隙间的泡沫材料。本发明通过在聚四氟乙烯板表面设置金属阵列构造导波结构，以激发电磁波的表面等离激元传播模式；并且，本发明在金属阵列表面粘贴增强贴片，能够同时提高导波结构的电磁波传输性能和承载性能；同时，本发明在导波结构的空隙内填充泡沫材料，进一步增强天线结构的力学性能，最终实现电磁波辐射和轻量化承载一体化设计与制备；进一步的，本发明通过对金属阵列和增强贴片进行设计，实现了不同方向的多波束电磁波辐射。

技术特征：

1.一种承载/辐射一体化多波束天线结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的承载/辐射一体化多波束天线结构，其特征在于，相邻导波结构的夹角为45°，所述导波结构的高度等于上透射面板和下透射面板之间的垂直高度。

3.根据权利要求2所述的承载/辐射一体化多波束天线结构，其特征在于，所述馈电结构的法兰盘嵌入所述下透射面板中，探针置于所述导波结构环绕区域的中心处。

4.根据权利要求1所述的承载/辐射一体化多波束天线结构，其特征在于，所述金属阵列的材质为铜，所述金属阵列靠近探针一侧的边缘和所述探针的垂直距离为4～12mm；

5.根据权利要求4所述的承载/辐射一体化多波束天线结构，其特征在于，所述金属锯齿阵列中，相邻金属锯齿的间距为0.1～0.3mm，金属锯齿的宽度为0.1～0.3mm；所述传输段中金属锯齿的的齿高为2～3mm；所述过渡段的轮廓为抛物线构型。

6.根据权利要求1所述的承载/辐射一体化多波束天线结构，其特征在于，所述上透射面板、下透射面板和增强贴片的材质为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料；所述上透射面板、下透射面板和增强贴片的厚度独立地为0.5～1mm；所述聚四氟乙烯板的厚度为0.5～1mm，所述金属阵列的厚度为0.018～0.035mm；所述泡沫材料为聚甲基丙烯酰亚胺泡沫。

7.根据权利要求1所述的承载/辐射一体化多波束天线结构，其特征在于，所述探针的直径为0.6mm，长度为6.5～10mm。

8.权利要求1～7任意一项所述承载/辐射一体化多波束天线结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，固定所述导波结构的方法包括：将相互垂直的四个导波结构开槽嵌锁，将嵌锁后的结构粘贴固定在上透射面板和下透射面板之间，剩余导波结构直接粘贴固定；所述开槽嵌锁时预留空隙，所述馈电结构的探针嵌入在所述预留空隙中。

10.权利要求1～7任一项所述的承载/辐射一体化多波束天线结构或权利要求8～9任一项所述制备方法制备得到的承载/辐射一体化多波束天线结构在雷达天线中的应用。

技术总结
本发明涉及复合材料及天线技术领域，提供了一种承载/辐射一体化多波束天线结构及其制备方法和应用。本发明通过在聚四氟乙烯板表面设置金属阵列构造导波结构，以激发电磁波的表面等离激元传播模式；并且，本发明在金属阵列表面粘贴增强贴片，能够同时提高导波结构的电磁波传输性能和承载性能；同时，在导波结构的空隙内填充泡沫材料，进一步增强天线结构的力学性能，最终实现电磁波辐射和轻量化承载一体化设计与制备；进一步的，本发明通过对金属阵列和增强贴片进行设计，能够实现不同方向的多波束电磁波辐射。

技术研发人员：闫雷雷,董佳晨,程琳豪,纪正江,黄睿麟,曹明慧,胡坚,郑锡涛
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16