一种Ka、W双频段毫米波天线的制作方法

一种ka、w双频段毫米波天线
技术领域
1.本实用新型属于天线罩技术领域，具体涉及一种ka、w双频段毫米波天线。


背景技术：

2.天线罩是天线设备的重要组成部分，具有透波，抗风，防水等作用。性能优良的天线罩在保证天线性能指标的前提下，可有效防止大风、盐雾、暴雨等恶劣环境对天线的影响和破坏，达到延长天线使用寿命、提高系统可靠性和保障天线全天候工作的目的。
3.毫米波的带宽极宽，频率范围为27ghz～300ghz，毫米波在通信、雷达、遥感等领域被大量的应用，毫米波在大气中传播衰减非常严重，因此毫米波天线罩的设计难度会大于低频段天线罩。
4.目前毫米波天线罩大都用于ka频段(频率范围为27～40ghz)，而且大都是单频天线，但对于应用在w频段(频率范围为80ghz～100ghz)或者应用在ka、w双频段的极少，电性能设计、材料体系的选择和制造工艺难度也会增大。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种ka、w双频段毫米波天线，通过结构分析、材料选择、仿真计算确保天线罩具有透波率好、耐受功率高等特点。
6.实现本实用新型目的的技术解决方案为：
7.一种ka、w双频段毫米波天线，包括毫米波天线罩、设置在毫米波天线罩底部的一圈法兰、设置在毫米波天线罩内的ka频段天线和w频段天线；
8.所述ka频段天线和w频段天线上下错开布置；毫米波天线罩采用分区结构：所述ka频段天线、w频段天线在毫米波天线罩上分别对应各自的透波区域，w频段天线对应透波区域的毫米波天线罩的厚度小于ka频段天线对应透波区域的毫米波天线罩的厚度。
9.本实用新型与现有技术相比，其显著优点是：
10.(1)本实用新型中毫米波天线采用半波壁结构，选择低介电常数的石英纤维预浸料作为该天线罩的蒙皮材料，采用预浸料真空成型工艺，ka、w进行分区设计，分别选取最优罩壁厚度，降低天线罩的损耗，提高传输效率。
11.(2)用于ka、w双频段，适应频率高、带宽跨度大；透波率好，全频段范围内透波率均大于90％；承受功率密度为40w/cm2。
附图说明
12.图1为天线在天线罩内安装位置图。
13.图2为天线罩三维结构图。
14.图3为不同类型天线罩结构形式图。
15.图4为ka和w波段传输效率和厚度变化曲线图。
16.图5为预浸料真空袋成型示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的介绍。
18.结合图1、图2，本实施例的一种ka、w双频段毫米波天线，包括毫米波天线罩1、设置在毫米波天线罩1底部的一圈法兰、设置在毫米波天线罩1内的ka频段天线2和w频段天线3。
19.毫米波天线罩1应用于毫米波干扰设备4，毫米波天线罩1的外形尺寸为长346mm
×
宽280mm
×
高190.5mm，毫米波天线罩1底部法兰通过22个m4螺钉安装在毫米波干扰设备4的侧面，ka频段天线2、w频段天线3安装在毫米波天线罩1内部，ka频段天线2的外形尺寸为w频段天线3的外形尺寸为为了防止两个天线之间互相有干涉，将两个天线进行上下交叉布局。因此ka频段天线2、w频段天线3在毫米波天线罩1上分别对应各自的透波区域。
20.结合图3，天线罩可分为实心壁结构和夹层结构两类，实心壁结构包含波壁结构5和半波壁结构6，夹层结构包含a夹层结构7、b夹层结构8、c夹层结构9等。波壁天线罩一般工作在l、s、c等低波段，具有工作频段宽、透波率高、极化以及角度稳定性好等特点；半波壁天线罩壁厚为介质工作波长一半的整数倍，具有透波率对入射角的变化敏感，结构强度好等特点。a夹层结构由三层材料复合而成，包括内外两层高介电常数的蒙皮以及中间低介电常数的芯层，蒙皮主要用来防止外来冲击物的损伤，通常蒙皮和芯层之间还需要胶膜来粘结，a夹层结构天线罩同时兼顾了力学性能和电性能，在天线罩电性能设计时应用较为广泛；b夹层结构由三层材料复合而成，与a夹层相反，内外两层为低介电常数材料，中间为高介电常数材料，因其力学性能较差，在实际中很少使用；c夹层结构天线罩由五层介质组成，包括内外两层蒙皮、中间一层蒙皮以及中间两层芯层，c夹层的厚度更厚，所以插入相位延迟对于入射角的变化更加敏感。
21.由于毫米波天线罩需要兼顾ka频段(频率范围为27～40ghz)、w频段(频率范围为80ghz～100ghz)双频天线90％透波率的要求，两个天线的频段跨度极大，天线的透波区域需要进行分区设计以满足各自频段的透波要求，由于夹层结构透波区域一般需要相同材料、相同厚度的设计，尤其对于小区域透波面积来说，很难进行分区设计，因此天线罩采用夹层结构基本难以实现整机的透波要求。本实用新型天线罩采用半波壁实心壁的结构形式来实现双频段天线罩的分区设计。
22.从机械性能方面考虑，要求高强度(弯曲、拉伸、压缩)、高硬度，高模量、刚性好，并且随温度的变化要小；从化学性能方面考虑，要求化学性能稳定，材料无毒(毒性小)，耐腐蚀、抗老化，无污染，有阻燃性能，表面便于清理；从工艺方面考虑，要求工艺简单，易制作，在满足罩体整体指标的前提下，选用商品化、国产化材料；从电气性能方面考虑，材料的介电常数和损耗角正切值越小越好，制做天线罩体蒙皮的纤维材料一般为玻璃纤维和石英纤维，其基本性能如下表所示。
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综上所述，在满足该天线罩较高的强度、电性能和耐烧蚀要求下，又充分考虑经济性，因此本实用新型选用石英纤维预浸料作为该天线罩的蒙皮材料。
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采用电磁场仿真软件hfss进行仿真优化设计，选取最优罩壁厚度，降低天线罩的损耗，提高传输效率。
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结合图4，w波段在厚度为0.85mm和1.7mm时传输效率达到最佳，但为了考虑强度，厚度选择了1.7mm；ka波段在厚度为2.3mm时传输效率达到最佳，透波率都在85％以上，透波区以外厚度为2.3mm，法兰连接区厚度为5mm。分区结构尺寸图和天线罩三维图如图1、图2所示。
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结合图5，将模具14安装固定在金属基板12上，为保证天线罩外形尺寸的精确性以及天线罩与天线主支撑体接口尺寸的准确性，采用金属模具用于天线罩的成型，模具14采用铸造性能、力学性能和机加工性能优良的球墨铸铁制作，采用消失模法铸造，充分去应力退火后数控加工成型保证各结构尺寸的准确度。石英纤维预浸料15按照下料样板裁剪成型，按照模具14对不同角度的预浸料进行铺覆，在铺覆过程中，要求预浸料无褶皱、架桥、搭接、缺失等情况，石英纤维预浸料需在零下18℃保存，为保证材料的铺贴性和工艺性，预浸料在使用前24h内从冷库中取出，并在密封状态下冷却至室温状态。预浸料铺覆完成后，依次铺覆隔离薄膜16、吸胶材料17、有孔隔离层18、保形材料19、有孔隔离层20、透气材料21和真空袋10，为了保证真空袋10气密性，真空袋10和金属基板12之间增加密封胶条11，所有辅助材料铺覆完成后，通过真空管路13对真空袋抽真空，待真空达到平衡后，关闭真空管路的真空阀，并进行气密性检查，确保真空袋内5min内压力下降不超过0.017mpa，抽完真空后，一般静置2小时以上进行固化处理，固化完成后就将石英纤维预浸料制做成了和模具形状一致的天线罩。
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天线罩法兰同样采用石英纤维预浸料和罩体部分共固化成型，后期采用机械加工打孔，保证孔位精度，不锈钢埋件选用不锈钢冷轧板，采用数控加工的方式，严格保证了其外形及尺寸精度，从而保证其外观平整度，最终通过结构胶将金属埋件与法兰粘接成型。
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本实用新型提供的ka、w双频段毫米波天线，使用于ka、w双频段，适应频率高、带宽跨度大，透波率好，全频段范围内透波率均大于90％，承受功率密度为40w/cm2，目前该天线罩被应用于多型毫米波干扰设备。