一種縫隙共形天線及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種縫隙共形天線及其制造方法。
【背景技術】
[0002]縫隙天線是在導體面上開縫形成的天線，也稱為開槽天線。典型的縫隙形狀是長條形的，長度約為半個波長。縫隙可用跨接在它窄邊上的傳輸線饋電，也可由波導或諧振腔饋電。這時，縫隙上激勵有射頻電磁場，并向空間輻射電磁波。
[0003]縫隙天線一般用于微波波段的雷達、導航、電子對抗和通信等設備中，并因能制成共形結構，即共形天線。共形天線通常指一個非平面的、與特定物體形狀共形的天線，因而特別適宜于用在高速飛行器上。由于纖維基復合材料，尤其是碳纖維基復合材料具有輕質、高強度、高剛度、高精度、耐腐蝕、耐疲勞、減振性好等特點，因此被應用于制造縫隙共形天線。
[0004]通常通過在基板上使用機械加工開縫的方法來制造縫隙天線。在某些特定領域中對共形天線的強度有一定的要求，采用上述的制作方式在縫隙天線處中開縫時纖維將會被截斷，從而導致在最后加工成型的縫隙天線中，整個纖維基板的力學強度受縫隙的較大影響。
【發明內容】
[0005]為了解決使用機械加工開縫的方法來制造縫隙天線時在縫隙處碳纖維被截斷從而使得整個纖維基板的力學強度受縫隙的影響較大的問題。
[0006]本發明提供了一種縫隙共形天線，包括導電碳纖維、樹脂以及通孔，其中，纖維在縫隙共形天線中是連續的，且纖維圍繞通孔設置以使纖維在縫隙共形天線中是連續的。
[0007]在上述縫隙共形天線中，優選地，樹脂為熱固性樹脂。
[0008]在上述縫隙共形天線中，優選地，熱固性樹脂包括氰酸酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂、聚氨酯樹脂及它們的改性樹脂體系或混合體系。
[0009]在上述縫隙共形天線中，優選地，纖維層為導電纖維。
[0010]在上述縫隙共形天線中，優選地，導電纖維為導電碳纖維、金屬化合物型纖維、聚乙炔纖維、聚苯胺纖維、聚吡咯纖維或聚噻吩纖維
[0011]在上述縫隙共形天線中，優選地，纖維的重量占縫隙共形天線重量的4 5 %至70%，并且樹脂的重量占縫隙共形天線重量的30%至55%。
[0012]在上述縫隙共形天線中，優選地，樹脂的重量占縫隙共形天線重量的33%。
[0013]在上述縫隙共形天線中，優選地，縫隙共形天線進一步包括固化劑，固化劑重量為樹脂總質量的0.05%至3.50%。
[0014]根據本發明的另一個方面，提供了一種制造縫隙共形天線的方法，包括:使用編織機制得具有鏤空網眼的纖維布；將樹脂與固化劑混合，采用滾涂法形成樹脂膠膜；采用熱熔法，用樹脂膠膜浸潤纖維布，從而制得預浸料；將預浸料進行固化以形成基板；以及在纖維布的鏤空網眼的位置進行開孔以形成通孔，從而形成縫隙共形天線，其中，纖維在縫隙共形天線中是連續的，并且纖維圍繞通孔設置以使纖維在縫隙共形天線中是連續的。
[0015]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，樹脂重量占預浸料總量的30%至55%。
[0016]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，樹脂為熱固性樹脂，包括氰酸酯、環氧樹脂、雙馬樹脂或聚氨酯樹脂。
[0017]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，在制備預浸料的步驟中，纖維的重量占預浸料總量的45%至70%。
[0018]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，纖維為導電的高強度纖維，包括導電碳纖維、金屬化合物型纖維、聚苯胺纖維、聚吡咯纖維或聚噻吩纖維。
[0019]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，還包括在形成縫隙共形天線的步驟之后，將縫隙共形天線蒙皮化。
[0020]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，固化劑的重量占樹脂總質量的
0.05%至 3.50%。
[0021]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，在0.1MPa到IMPa的壓力范圍內，實施采用熱熔法，用樹脂膠膜浸潤纖維布，從而制得預浸料的步驟。
[0022]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，在制得預浸料之后，采用真空袋固化或熱壓罐固化以形成基板。
[0023]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，真空袋固化壓力為0.1MPa0
[0024]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，熱壓罐固化的壓力為0.2MPa到
1.5MPa0
[0025]在上述制造縫隙共形天線的方法中，優選地，在形成樹脂膠膜的步驟中，使用真空攪拌器將樹脂與固化劑混合
[0026]本發明在制造預浸料的過程中就通過纖維布中網眼的分布形成天線的天然雛形，與通過機械加工開縫的方法相比，在縫隙處的碳纖維不會被截斷，使得解決了整個碳纖維基板的力學強度受縫隙的影響較大的技術問題，本發明制作的縫隙共形天線在縫隙天線處的纖維不會被截斷，因此最后加工成縫隙天線后，整個纖維基板的力學強度不受縫隙影響。
【附圖說明】
[0027]圖1是根據本發明實施例的用于制造縫隙共形天線的方法的流程圖。
[0028]圖2是根據本發發明實施例的縫隙共形天線的通孔的截面圖。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0030]縫隙共形天線的制造方法
[0031]如圖1的步驟SlOl所示，使用編織機制得具有鏤空網眼的纖維布。該纖維布中的網眼的形狀及分布與所要制造的縫隙共形天線的縫隙的形狀及分布相對應，且網眼的尺寸大于縫隙共形天線的縫隙的截面尺寸。在隨后的步驟中，在網眼的位置開孔而形成的通孔即為最終制得的縫隙共形天線的縫隙。所使用的纖維為高強度的導線纖維，導電纖維為導電碳纖維；金屬化合物型纖維；聚苯胺纖維、聚吡咯纖維、聚噻吩纖維等高分子型導電纖維等，也可以為其他導電纖維。所使用的導電纖維優選為導電碳纖維。
[0032]如圖1的步驟S103所示，將樹脂與固化劑混合，采用滾涂法形成樹脂膠膜。在步驟SlOl中所使用的樹脂為熱固性樹脂，包括氰酸酯樹脂、環氧樹脂、雙馬來酰亞胺樹脂或聚氨酯樹脂及它們的改性樹脂體系或混合體系等，也可為其他熱固性樹脂。所使用的樹脂優選為環氧樹脂或氰酸酯樹脂。所使用的固化劑為與相應樹脂所對應的固化劑，如雙氰胺等胺類固化劑以及有機錫化合物等，且固化劑的用量占樹脂總量的0.05% (重量)至3.50%(重量)。在步驟SlOl中，在65°C至90°C的范圍內，用滾涂法形成樹脂膠膜中，其中滾涂的速度為lm/s至6m/s。
[0033]如圖1的步驟S105所示，采用熱熔法，用樹脂膠膜浸潤纖維布，從而制得預浸料。其中，纖維布中具有分布不均勻的纖維。在105°C到145°C的溫度范圍內以及0.1MPa到IMPa的壓力范圍下，采用熱熔法將纖維布的兩面浸入樹脂膠膜中，浸潤后，纖維布的網眼中填充有樹脂。在浸潤的過程中，纖維布的移動速度為2m/s到6m/s。在浸潤后制得的預浸料中，樹脂的含量占預浸料總量的30% (重量)至55% (重量)，纖維占預浸料總量的45% (重量)至70% (重量)。
[0034]如圖1的步驟S107所示，將預浸料進行固化以形成基板。在步驟S107中，保證預浸料的上下對齊，采用真空袋固化或熱壓罐固化制得基板。其中，在使用熱壓罐固化的實施例中，熱壓罐固化的壓力為0.2MPa到1.5MPa ;在使用真空袋固化的實施例中，真空袋固化的壓力為0.1MPa0在步驟107中，在110°C到220°C范圍內，采用上述真空袋固化或熱壓罐固化Ih到7h形成基板。
[0035]如圖1的步驟S109所示，在纖維布的鏤空網眼的位置進行開孔以形成通孔，從而形成縫隙共形天線。在步驟S109中，在纖維形成的網眼的位置處進行開孔，形成的通孔的截面尺寸小于纖維布中的網眼的尺寸，通孔僅穿透網眼中的樹脂，即在樹脂中形成通孔，此通孔即為縫隙共形天線的縫隙。在該步驟中，開孔時纖維所在網眼的位置可根據纖維布在編制過程中網眼所在的具體坐標，或通過超聲波、X射線等技術手段確定。如圖2所示，雖然在本發明的實施例中示出的通孔的截面類似啞鈴型，即由兩個圓孔I以及連通兩個圓孔的狹縫2組成，但是本領域普通技術人員應該清楚，可以根據實際需要將通孔中的孔的截面可設計為圓形、橢圓形或正方形等。纖維圍繞通孔分布，所以纖維不會被截斷。與直接在纖維基板上進行機械加工開縫的方法相比，由于采用該方法形成的縫隙共形天線在縫隙處的纖維未被截斷，因此纖維基板的力學強度不受縫隙影響。
[0036]實施例1
[0037]采用編織機將導電碳纖維編織成帶有鏤空網眼的纖維布，網眼的形狀與將要制造的天線的通孔即縫隙相對應，且網眼的尺寸大于所要制造的縫隙共形天線的縫隙的尺寸，以便隨后在網眼對應的位置處開孔時不穿過網眼邊緣的碳纖維。將99.90g的環氧樹脂與0.1Og的雙氰胺固化劑在真空攪拌器中攪拌混合均勻，在溫度為80°C，滾涂速度為3m/s的條件下，采用滾涂法形成樹脂膠膜。在105°C條件下，采用熱熔法，用樹脂膠膜浸潤碳纖維布的兩面從而制得預浸料，浸潤后，碳纖維布的網眼中填充有環氧樹脂；在浸潤的過程中，浸潤的壓力為0.1Mpa，碳纖維布的移動速度為3m/s。制得預浸料后，保證預浸料上下對齊，在溫度為150°C、壓力為0.1Mpa的條件下，采用真空袋固化2h，形成基板。隨后在纖維布的鏤空網眼位置處進行開孔，即在碳纖維形成的網眼中開孔以形成通孔(即縫隙)，制得縫隙共形天線，其中通孔僅穿透網眼中的樹脂，通孔的截面類似啞鈴型，包括圓孔I和狹縫2，并且以兩個并列圓孔I以及連通兩個圓孔I的狹縫2為單元彼此成行地排列，如圖2所示。
[0038]實施例2
[0039]采用編織機將導電碳纖維編織成帶有鏤空網眼的纖維布，網眼的形狀與將要制造的天線的通孔即縫隙相對應，且網眼的尺寸大于所要制造的縫隙共形天線的縫隙的尺寸，以便隨后在網眼對應的位置處開孔時不穿過