高度集成相控阵天线独立组件的一体化成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高度集成相控阵天线独立组件的一体化成型方法。
【背景技术】
[0002]随着“动中通”业务的快速发展，空天飞行器对高性能有源相控阵天线的需求日趋迫切，并对有源相控阵天线的传输速率及安装空间要求越来越高，要求有源相控阵天线具备增益高、波束扫描灵活、幅度和相位一致性高、体积小、质量轻、制造精度高、抗冲击振动环境适应性强、这对相控阵天线系统提出了很大挑战，不但要求新的相控阵天线系统功能和物理构架实现更高水平的结构功能一体化集成，而且要求新的相控阵天线系统能更好地融合于空天飞行器平台载体中，具有优良的抗冲击振动环境适应能力。
[0003]相控阵天线系统内装有若干个辐射单元，功分网络、馈电网络、校准网络，热控系统，集成后的体积、质量、发热量在整个天馈系统设备中所占比例大，相控阵天线系统工作在空天飞行器的冲击振动环境下，整个天馈系统设备变形大，因此，要求相控阵天线有足够的刚强度参与整个天馈系统设备承力。现有相控阵天线制造工艺，分离独立的辐射单元、功分网络、馈电网络、校准网络、热控系统和射频垂直互联金属基体主要通过螺钉连接实现机械装配，并附加纵横交错布置的加强筋的安装板，导致了相控阵天线体积大，质量重、接地不良，形成天线寄生效应和介质加载效应，幅度和相位一致性差，抗冲击振动能力差等诸多问题，很难实现相控阵天线体积小、质量轻、高频阻抗匹配高、天线寄生效应和介质加载效应小、幅度相位一致好的高性能、高技战术指标要求。
[0004]因此，创新高度集成相控阵天线独立组件的一体化成型方法，实现相控阵天线辐射单元、功分网络、馈电网络、校准网络、热控系统、射频垂直互联金属基体一体化高度集成，并实现相控阵天线接口射频垂直互联要求，满足相控阵天线高性能、小型化、轻量化、空天飞行器平台抗冲击振动环境适应性的技战术要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种相控阵天线驻波小、幅度和相位一致性好、阻抗匹配好，体小重量轻，抗冲击振动能力强，能够解决机械装配结构相控阵天线集成度低，相位一致性较差、阻抗匹配不好，层间结合力不高，生产质量不稳定问题的高度集成相控阵天线独立组件的一体化成型方法，以满足有源相控阵天线高性能要求。
[0006]为实现上述目的，本发明提供的一种高度集成相控阵天线独立组件的一体化成型方法，具有如下技术特征:首先将相控阵天线的辐射单元、功分网络、馈电网络、校准网络、热控系统独立组件集成为辐射单元层、功分馈电网络层和校准热控层，采用多层微带电路制造工艺，将辐射单元层、功分馈电网络层和校准热控层真空热压成型一体，形成一体式相控阵天线阵面体，并制出相控阵天线射频垂直互联金属基座；其次，根据层压压合工序，在相控阵天线阵面体与射频垂直互联金属基座间铺设一层固体胶膜2，通过叠层上制出的定位销孔对位叠层，将上述一体式相控阵天线阵面体连同上述射频垂直互联金属基座装夹于热压合夹具中，并固定于真空热压机中；然后固定于真空热压机中，在1Pa以下真空度，170°C?200°C温度、0.5MPa?1.0MPa压力下进行热压合成型60min?90min。
[0007]本发明适用于高频段有源相控阵天线一体化集成制造，与现有相控阵天线制造工艺相比较，具有如下有益效果:
I)本发明采用相控阵天线阵面体与射频垂直互联金属基座结构功能一体化形式，将传统相控阵天线的辐射单元、功分网络、馈电网络、校准网络、热控系统和阻抗匹配金属基体等独立组件高度集成并一体化成型，解决了传统相控阵天线因机械装配结构带来的天线寄生效应、介质加载效应、幅度和相位一致性差、接地不良、阻抗匹配失效、射频互联信号串扰等天线性能恶化问题，实现了相控阵天线驻波小、幅度和相位一致性好、阻抗匹配好，体积小、重量轻的高性能要求。
[0008]2)本发明采用固体胶膜作为粘接剂将相控阵天线阵面体与射频垂直互联金属基座在1Pa真空度、170°C?200°C温度、0.5MPa?1.0MPa压力下，热压合60min?90min，实现相控阵天线一体化成型。固体胶膜厚度均匀性好，介质性能稳定性好，层间结合力高，保证了相控阵天线的耐高温、耐湿热和抗冲击振动环境适应性要求。
[0009]3)本发明采用多层电路板制造技术、精密数控加工技术、精密激光加工技术实现相控阵天线阵面体、射频垂直互联金属基座、固体胶膜的精密加工、精密成形，通过专用热压合夹具实现相控阵天线阵面体、固体胶膜、射频垂直互联金属基座高精度对位精密叠层装夹，最后经真空热压机压合成型，实现相控阵天线一体化成型。高度集成相控阵天线生产质量稳定，产品性能一致性好。
【附图说明】
[0010]图1是本发明高度集成相控阵天线独立组件的一体化成型方法工艺流程图。
[0011]图2是本发明层压压合工序中，热压合夹具热压成型的剖视图。
[0012]图3是图2的分解示意图。
[0013]图4是图2多层微带电路相控阵天线阵面体3垂直向下看的俯视图。
[0014]图中:I射频垂直互联金属基座，2固体胶膜，3相控阵天线阵面体，4热压合夹具下模板，5热压合夹具上模板，6弹性体，7定位销，8热压合夹具导向柱，9真空热压机下热压板，10真空热压机上热压板。
【具体实施方式】
[0015]参阅图1和图2。在以下描述的一种高度集成相控阵天线独立组件的一体化成型方法中，相控阵天线由辐射单元层、功分馈电网络层、校准热控层集成的多层微带电路相控阵天线阵面体、射频垂直互联金属基座、固体胶膜组成。按照工艺流程，设计制造辐射单元层、功分馈电网络层、校准热控层集成的多层微带电路的相控阵天线阵面体，设计制造聚酰亚胺、聚四氟乙烯作为粘接剂的固体胶膜，设计制造铜合金或铝合金的射频垂直互联金属基座，设计加工热压合夹具。将多层微带电路相控阵天线阵面体、射频垂直互联金属基座采用丙酮、酒精清洗干净。将相控阵天线阵面体、固体胶膜、射频垂直互联金属基座按图2方式装夹一体，并采用两个定位销定位，保证水平面方向的垂直定位精度。将相控阵天线阵面体与射频垂直互联金属基座间铺层固体胶膜，通过定位销高精密对位叠层装夹于专用热压合夹具中；将装夹于专用热压合夹具的相控阵天线，固定于真空热压机中，在一定的真空度，一定的温度、一定的压力、一定时间下热压合