專利名稱：一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在厘米波和毫米波頻段實現(xiàn)多頻段透波功能的對稱多層天線罩結(jié)構(gòu)，屬于天線罩結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
天線罩是用于保護通訊、遙測、制導(dǎo)、引爆等系統(tǒng)能在各種服役環(huán)境下進行正常工作的一種多功能透波結(jié)構(gòu)，在運載火箭、飛船、導(dǎo)彈及返回式衛(wèi)星等飛行器的天線電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。天線罩的透波結(jié)構(gòu)不僅需要在天線工作頻帶內(nèi)具有高效的透波性能，同時需要具有承載、抗沖擊、隔熱和抗雨蝕等功能。隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展和抗電子干擾要求的提高，寬頻帶、多頻帶甚至超寬頻的天線罩材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計成為國內(nèi)外研究的熱點之一。 因此，天線罩的結(jié)構(gòu)需要通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以獲得寬頻段、多頻段透波功能和所需要的結(jié)構(gòu)剛度、強度等力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)，它能夠?qū)崿F(xiàn)在厘米波和毫米波頻段的多頻段透波功能，通頻帶的中心頻率為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的奇數(shù)倍，且在通頻帶內(nèi)帶寬大且功率透射率優(yōu)異，同時它可以通過調(diào)節(jié)中間介電層的厚度，從而滿足實際服役環(huán)境對結(jié)構(gòu)剛度、強度等力學(xué)性能的要求。本發(fā)明的透波結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，電信可設(shè)計性強，而且能夠滿足不同服役環(huán)境下對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)，它由大于或等于五的奇數(shù)層介電層構(gòu)成。所述的介電層由中間介電層和非中間介電層組成。所述的中間介電層介電常數(shù)最高，其厚度可以根據(jù)實際服役環(huán)境對其力學(xué)性能的要求進行設(shè)計。優(yōu)選的，所述的中間介電層的具體厚度可以在結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的一倍波長以內(nèi)的范圍選取。所述的非中間介電層在中間介電層兩邊對稱分布，其介電常數(shù)和電氣厚度按照四分之一波長阻抗變換器進行設(shè)計。并且，所述天線罩結(jié)構(gòu)的電信設(shè)計頻率可以任意選取，其通頻帶的中心頻率為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的奇數(shù)倍。本發(fā)明同時提供所述對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟(I)根據(jù)需要選取結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率f ；(2)選擇具有合適厚度和合適介電常數(shù)的中間介電層材料；(3)按照四分之一波長阻抗變換器的設(shè)計方法，分別選取合適介電常數(shù)的材料作為非中間介電層，所述非中間介電層至少包括兩層，并且各層在中間介電層兩邊對稱分布(即，至少形成5層結(jié)構(gòu));所述的非中間介電層的厚度均按照材料中頻率f電磁波的波長的四分之一進行設(shè)計；(4)將各層之間用粘接劑粘結(jié)在一起，形成對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和突出性效果本發(fā)明所述的對稱多層天線罩結(jié)構(gòu)，其非中間介電層的介電常數(shù)和厚度按照四分之一波長匹配層設(shè)計，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法簡單，容易實現(xiàn)多頻段透波功能。結(jié)構(gòu)的電信設(shè)計頻率可以任意選取，其通頻帶的中心頻率為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的奇數(shù)倍，且在通頻帶內(nèi)帶寬大且電磁波的功率透射率優(yōu)異，結(jié)構(gòu)電信可設(shè)計性強。本發(fā)明所述的天線罩結(jié)構(gòu)的中間介電層的厚度可以根據(jù)實際服役環(huán)境對結(jié)構(gòu)的剛度、強度等力學(xué)性能的要求進行設(shè)計。優(yōu)選的，具體的厚度可以在結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的一倍波長以內(nèi)的范圍選取，這樣既能保證不影響結(jié)構(gòu)的多頻段透波功能，同時也能提供足夠的力學(xué)性能，能夠滿足需要同時具有承載和多頻段透波功能的天線罩結(jié)構(gòu)的要求。本發(fā)明的透波結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，電信可設(shè)計性強，而且能夠滿足不同服役環(huán)境下對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的要求。


圖I是本發(fā)明提供的一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)的一個實施例I的五層結(jié)構(gòu)示意圖。11-中間介電層；12_第一介電層；13_第二介電層。圖2是本發(fā)明提供的一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)的一個實施例2的七層結(jié)構(gòu)示意圖。21-中間介電層；22_第一介電層；23_第二介電層；24_第三介電層。圖3顯示了實施例I的天線罩結(jié)構(gòu)的透射率T (%)與頻率f的關(guān)系。圖4顯示了實施例2的天線罩結(jié)構(gòu)的透射率T (%)與頻率f的關(guān)系。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。實施例I :圖I為本發(fā)明提供的一種對稱多層多頻段透波結(jié)構(gòu)的一個實施例的五層結(jié)構(gòu)示意圖，它由一個中間介電層11、兩個第一介電層12以及兩個第二介電層13構(gòu)成。所述的對稱多層多頻段透波結(jié)構(gòu)的五層結(jié)構(gòu)，按如下步驟進行設(shè)計(I)選取20GHz作為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率(結(jié)構(gòu)設(shè)計頻率可以根據(jù)需求任意選取)。(2)選擇致密氮化硅陶瓷作為所述的中間介電層11的材料，其介電常數(shù)為8. 0，其厚度可以根據(jù)實際服役環(huán)境對整體結(jié)構(gòu)剛度、強度等力學(xué)性能的要求在O到5. 3mm之間的范圍進行擇優(yōu)選擇。為提高力學(xué)性能，優(yōu)選的可以選擇5. 3_作為所述的中間介電層11的厚度。(3)按照四分之一波長阻抗變換器的設(shè)計方法，應(yīng)該選取介電常數(shù)為4. O的材料作為所述的第一介電層12的構(gòu)成材料，選取介電常數(shù)為2. O的材料作為所述的第二介電層13的構(gòu)成材料。所述的第一介電層12和第二介電層13的厚度均按照材料中20GHz頻率電磁波的波長的四分之一進行設(shè)計。其構(gòu)成材料均可以選擇多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基復(fù)合材料中的一種或者幾種組合。(4)各層之間可用粘接劑粘結(jié)在一起，形成如圖I所示的五層結(jié)構(gòu)。圖3顯示了實施例I的天線罩結(jié)構(gòu)的透射率T (%)與頻率f的關(guān)系，從圖中可以看到所述的實施例I的結(jié)構(gòu)的通頻帶中心為20GHZ的奇數(shù)倍，且每個通帶內(nèi)均有28. 9GHz的帶寬，透波性能優(yōu)異。實施例2 圖2為本發(fā)明提供的一種對稱多層多頻段透波結(jié)構(gòu)的一個實施例的七層結(jié)構(gòu)示意圖，它由一個中間介電層21、兩個第一介電層22、兩個第二介電層23以及兩個第三介電層24構(gòu)成。 所述的一種對稱多層多頻段透波結(jié)構(gòu)的七層結(jié)構(gòu)，按如下步驟進行設(shè)計(I)選取15GHz作為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率(結(jié)構(gòu)設(shè)計頻率可以根據(jù)需求任意選取)。(2)所述的中間介電層21的材料可選擇實施例I所述的中間介電層11的構(gòu)成材料。優(yōu)選的，其厚度應(yīng)選取為7. 1mm。(3)按照四分之一波長阻抗變換器的設(shè)計方法，應(yīng)該選取介電常數(shù)為4. 8的材料作為所述的第一介電層22的構(gòu)成材料，選取介電常數(shù)為2. 8的材料作為所述的第二介電層23的構(gòu)成材料，選取介電常數(shù)為I. 7的材料作為所述的第三介電層24的構(gòu)成材料。所述的第一介電層22、第二介電層23和第三介電層24的厚度均按照材料中15GHz頻率電磁波的波長的四分之一進行設(shè)計。其構(gòu)成材料均可以選擇多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基復(fù)合材料中的一種或者幾種組合。(4)各層之間可用粘接劑粘結(jié)在一起，形成如圖2所示的七層結(jié)構(gòu)。圖4顯示了實施例2的天線罩結(jié)構(gòu)的透射率T (%)與頻率f的關(guān)系，從圖中可以看到所述的實施例2的結(jié)構(gòu)的通頻帶中心為15GHz的奇數(shù)倍，且每個通帶均有22. 46GHz的帶寬。本發(fā)明的實施例僅為解釋而非限制本發(fā)明，例如，材料的選擇并不限于實施例所述，其他滿足介電常數(shù)、強度剛度等的合適材料都是可以采用的。
權(quán)利要求
1.一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)，其特征是，所述天線罩結(jié)構(gòu)由大于或等于五的奇數(shù)層介電層構(gòu)成；所述的介電層由中間介電層和非中間介電層組成；所述的中間介電層介電常數(shù)最聞。
2.如權(quán)利要求I所述的天線罩結(jié)構(gòu)，其特征是，所述中間介電層的厚度根據(jù)實際服役環(huán)境對其力學(xué)性能的要求進行設(shè)計。
3.如權(quán)利要求I所述的天線罩結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的中間介電層的厚度在結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的一倍波長以內(nèi)的范圍選取。
4.如權(quán)利要求I所述的天線罩結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的非中間介電層在中間介電層兩邊對稱分布，其介電常數(shù)和電氣厚度按照四分之一波長阻抗變換器進行設(shè)計。
5.如權(quán)利要求I所述的天線罩結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的天線罩結(jié)構(gòu)的電信設(shè)計頻率可以任意選取，其通頻帶的中心頻率為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的奇數(shù)倍。
6.如權(quán)利要求I所述的天線罩結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的中間介電層材料為致密氮化硅陶瓷；所述的非中間介電層的構(gòu)成材料為多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基復(fù)合材料中的一種或者幾種組合。
7.—種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟 (1)根據(jù)需要選取結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率f; (2)選擇具有合適厚度和合適介電常數(shù)的中間介電層材料； (3)按照四分之一波長阻抗變換器的設(shè)計方法，分別選取合適介電常數(shù)的材料作為非中間介電層，所述非中間介電層至少包括兩層，并且各層在中間介電層兩邊對稱分布；所述的非中間介電層的厚度均按照材料中頻率f電磁波的波長的四分之一進行設(shè)計； (4)將各層之間用粘接劑粘結(jié)在一起，形成對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是，所述的中間介電層的厚度在結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的一倍波長以內(nèi)的范圍選取。
9.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是，所述的中間介電層材料為致密氮化硅陶瓷；所述的非中間介電層的構(gòu)成材料為多孔氮化硼陶瓷、多孔氮化硅陶瓷或者陶瓷基復(fù)合材料中的一種或者幾種組合。
10.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征是，其特征是，所述的電信設(shè)計頻率f可以任意選取，其通頻帶的中心頻率為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的奇數(shù)倍。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種對稱多層多頻段天線罩結(jié)構(gòu)及制備方法。所述的對稱多層天線罩結(jié)構(gòu)，其非中間介電層的介電常數(shù)和厚度按照四分之一波長匹配層設(shè)計，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法簡單，容易實現(xiàn)多頻段透波功能。結(jié)構(gòu)的電信設(shè)計頻率可以任意選取，其通頻帶的中心頻率為結(jié)構(gòu)電信設(shè)計頻率的奇數(shù)倍，且在通頻帶內(nèi)帶寬大且電磁波的功率透射率優(yōu)異，結(jié)構(gòu)電信可設(shè)計性強。本發(fā)明所述的天線罩結(jié)構(gòu)的中間介電層的厚度可以根據(jù)實際服役環(huán)境對結(jié)構(gòu)的剛度、強度等力學(xué)性能的要求進行設(shè)計。本發(fā)明的透波結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，電信可設(shè)計性強，而且能夠滿足不同服役環(huán)境下對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的要求。
文檔編號H01Q1/42GK102969566SQ201210445208
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者裴永茂, 周立成, 方岱寧 申請人:北京大學(xué)