结构功能一体化机翼天线制造技术

本发明专利技术公开了一种结构功能一体化机翼天线，包括：机翼骨架、机翼蒙皮、控制和信号处理系统，机翼蒙皮从上至下依次包括：上面板、上蜂窝/泡沫层、射频功能层、下蜂窝/泡沫层和下面板，下面板上铺设有光纤，每根光纤上每隔一段间距设置一个布拉格光栅；前述射频功能层包括：射频电路层、波控电路层和封装框架，射频功能层的内部制作有液冷通道；前述射频电路层包括由若干采用分布布局方式排列的天线子阵组成的天线阵面，天线子阵由若干微带辐射单元组成。本发明专利技术的有益之处在于：降低了机身重量，提高了飞行器的气动性能，散热好；能实时监测机翼结构的变形和强度，自动补偿结构振动和变形对电性能的影响，保证天线在恶劣环境下的电磁性能稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种结构功能一体化机翼天线，包括：机翼骨架、机翼蒙皮、控制和信号处理系统，机翼蒙皮从上至下依次包括：上面板、上蜂窝/泡沫层、射频功能层、下蜂窝/泡沫层和下面板，下面板上铺设有光纤，每根光纤上每隔一段间距设置一个布拉格光栅；前述射频功能层包括：射频电路层、波控电路层和封装框架，射频功能层的内部制作有液冷通道；前述射频电路层包括由若干采用分布布局方式排列的天线子阵组成的天线阵面，天线子阵由若干微带辐射单元组成。本专利技术的有益之处在于：降低了机身重量，提高了飞行器的气动性能，散热好；能实时监测机翼结构的变形和强度，自动补偿结构振动和变形对电性能的影响，保证天线在恶劣环境下的电磁性能稳定性。【专利说明】结构功能一体化机翼天线
本专利技术涉及一种机翼天线，具体涉及一种结构功能一体化机翼天线，属于飞行器天线
。
技术介绍
结构功能一体化机翼天线是指将集成微带天线阵列的射频功能件嵌入到飞行器的机翼结构中，通过利用一体化复合成型工艺制造的高度集成化蒙皮天线，它既可以作为武器平台结构的力学承载功能件，也可以作为收发无线电磁波的电磁功能件。与传统天线对比，结构功能一体化机翼天线具有结构/电路的高度融合特点。它可以应用到未来飞行器如变体飞机、无人机、飞艇预警机等，是实现飞行器隐身化、多功能化和高机动性的关键技术，能够有效地减轻飞行器的重量和保持飞行器良好的气动外形。结构功能一体化机翼天线既可以作为飞行器的机翼，也可以作为发射和接收电磁波的天线装置，满足飞行器的气动性能、电磁隐身和适装性能等需求。在相关的研究中，NASA研制了一种长航程无人机的机翼，其微带天线阵列、太阳能电池阵列与机翼结构完全融为一体。该研究在公开文献“Structurally Integratedantenna concepts for hale UAVS.NASA Report-2006-214513.Langley ResearchCenter, Virginia, 2006:23681-2199”(结构一体化无人飞行器天线概念.NASA研究报告-2006-214513.兰利研究中心，弗吉尼亚，23681-2199)中有报导。波音公司研制了集成X波段微带天线阵列的蜂窝夹层机翼结构，该研究在公开文献“Urcia M, Banks D.Structurally integrated phased arrays.201IIEEE AerospaceConference, Big Sky, MT, United states, 2011:1-8.，，(M.Urcia, D.Banks.结构集成的相控阵.2011 年 IEEE 航空会议，Big Sky, MT, United states, 2011:1_8.)中有报导。国内的西北工业大学提出了一种将微带天线预封装后嵌入到复合材料夹层结构的新构型，该构型能够实现天线阵列与机体结构的共形。该研究在公开的专利技术专利“谢宗蕻，赵伟，张朋，李磊.一种新型嵌入式复合材料智能蒙皮天线结构，申请时间:2010-6-10,专利国另Ij:中国，专利申请号:201010197298.1”有报道。国内外已经公开了把微带天线阵嵌入到机翼结构中的技术方案，但是，现有技术还存在以下不足之处:1、现有的文献所公开的技术方案中，仅给出把微带天线阵集成到机翼结构中的方法，然而，没有说明天线在机翼结构中的布局方式、射频信号连接方式以及制作方法。2、由于微带天线高度集成到机翼结构，在天线工作时，射频器件会发热，导致天线辐射性能降低，甚至完全失效。现有的文献并没有给出降低天线温度的结构设计方法。3、在服役过程中，机翼结构不可避免地要受到气动载荷的影响，会引起机翼结构的振动和变形，导致嵌入结构中天线辐射单元位置的变化，影响电磁辐射性能。这些现象在NASA和波音公司的报告中已经提到，然而，他们却没有提出一种有效的结构来补偿结构的振动和变形对电磁性能的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新颖的集成微带天线阵列和光纤光栅的结构功能一体化机翼天线，其不仅能够降低机身重量，而且能够实现机翼结构振动和变形的实时检测和电性能补偿，同时能有效降低由于高密度集成带来的天线散热问题。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案:一种结构功能一体化机翼天线，包括:机翼骨架和覆盖前述机翼骨架的机翼蒙皮，其特征在于，前述机翼骨架包括:平行排列的若干翼肋，穿过并连接前述翼肋的空心三角形翼梁，安装在前述翼肋前端的机翼前缘，以及安装在前述翼肋后端的机翼后缘；前述机翼蒙皮为复合结构，从上至下依次包括:上面板、上蜂窝/泡沫层、射频功能层、下蜂窝/泡沫层和下面板；前述下面板在与下蜂窝/泡沫层接触的界面处铺设有若干光纤，前述光纤与翼肋平行，每根光纤上每隔一段间距设置一个布拉格光栅；前述射频功能层包括:位于上层的射频电路层，位于下层的波控电路层，以及封装框架，前述射频电路层与波控电路层之间使用插针连接；前述射频功能层的内部制作有液冷通道；前述射频电路层为复合结构，最上层为天线阵面，前述天线阵面由若干天线子阵组成，前述天线子阵由若干微带辐射单元组成，前述天线子阵采用分布布局方式排列，天线子阵中的每个微带辐射单元均镀有一层铜；结构功能一体化机翼天线还包括:控制和信号处理系统，前述控制和信号处理系统安装在前述翼梁的空心中，每个天线子阵中的控制信号、光纤的测量信号均统一到前述控制和信号处理系统进行集中处理，前述控制和信号处理系统还向前述波控电路层提供控制信号。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述射频电路层还包括:位于天线阵面下方的T/R电路层，位于T/R电路层下方的功分电路层，前述T/R电路层和功分电路层分别通过低频线、高频线与波控电路层信号连接。前述的结构功能一体化机翼天线,其特征在于,前述天线阵面中的微带福射单元与T/R电路层之间采用微带天线-同轴-微带线或微带天线-耦合小孔-微带线的连接结构互联实现电信号连接。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述T/R电路层与功分电路层之间采用微带线-同轴-带状线或微带线-同轴一带状线的垂直互联方式实现电信号连接。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述液冷通道由:若干平行设置的微通道、分别设置在前述微通道两端的液体出口腔和液体入口腔、分别与前述液体出口腔和液体入口腔连通的液冷通道出口和液冷通道入口组成；前述液冷通道出口和液冷通道入口穿过前述波控电路层，并且联接外部的液压回路。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述微通道呈矩形。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述微通道的长和宽分别为0.1mm和 0.5mm。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述射频电路层由低温共烧陶瓷材料烧结制造成型。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述波控电路层由玻璃纤维环氧树脂覆铜板制造而成。前述的结构功能一体化机翼天线，其特征在于，前述微带辐射单元呈矩形或者圆形。本专利技术的有益之处在于:1、本专利技术的结构功能一体化机翼天线，其既可以作为飞行器机翼，也可以作为收发天线，其不仅去除了大量外置天线及安装底座，降低了机身重量，提高了飞行器的气动性能，而且天线子阵采用分布布局方式排列，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构功能一体化机翼天线，包括：机翼骨架和覆盖所述机翼骨架的机翼蒙皮，其特征在于，所述机翼骨架包括：平行排列的若干翼肋（103），穿过并连接所述翼肋（103）的空心三角形翼梁（104），安装在所述翼肋（103）前端的机翼前缘（101），以及安装在所述翼肋（103）后端的机翼后缘（102）；所述机翼蒙皮为复合结构，从上至下依次包括：上面板（301）、上蜂窝/泡沫层（302）、射频功能层、下蜂窝/泡沫层（307）和下面板（308）；所述下面板（308）在与下蜂窝/泡沫层（307）接触的界面处铺设有若干光纤（310），所述光纤（310）与翼肋（103）平行，每根光纤（310）上每隔一段间距设置一个布拉格光栅（311）；所述射频功能层包括：位于上层的射频电路层（304），位于下层的波控电路层（306），以及封装框架（303），所述射频电路层（304）与波控电路层（306）之间使用插针连接；所述射频功能层的内部制作有液冷通道（305）；所述射频电路层（304）为复合结构，最上层为天线阵面（603），所述天线阵面（603）由若干天线子阵组成，所述天线子阵由若干微带辐射单元（309）组成，所述天线子阵采用分布布局方式排列，天线子阵中的每个微带辐射单元（309）均镀有一层铜；结构功能一体化机翼天线还包括：控制和信号处理系统，所述控制和信号处理系统安装在所述翼梁（104）的空心中，每个天线子阵中的控制信号、光纤（310）的测量信号均统一到所述控制和信号处理系统进行集中处理，所述控制和信号处理系统还向所述波控电路层（306）提供控制信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周金柱，何庆强，保宏，李明，黄进，陈光达，王从思，宋立伟，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61