一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗及其制备方法技术

本发明专利技术涉及频率选择表面天线罩制作技术领域，具体涉及一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗及其制备方法。一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，由下至上依次为天线罩/天线窗基底、立体贴片单元阵列、表面金属层；所述的天线罩/天线窗基底与立体贴片单元阵列为3D打印一体成型，所述立体贴片单元阵列贴合附于所述天线罩/天线窗基底上，所述表面金属层置于每个所述立体贴片单元上表面或外表面；所述立体贴片单元为凸起结构或沿所述天线罩/天线窗基底深度方向嵌入的凹陷结构，材料为硬质材料；与普通二维贴片型频率选择表面相比，也更适合通过3D打印技术实现，在滤波性能和工艺实施便利性等方面均有所提升。施便利性等方面均有所提升。施便利性等方面均有所提升。

【技术实现步骤摘要】
一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗及其制备方法


[0001]本专利技术涉及频率选择表面天线罩制作
，具体涉及一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗及其制备方法。

技术介绍

[0002]频率选择表面（Frequency Selective Surfaces，简称FSS）是由周期排列的金属贴片单元或金属屏上周期排列的开孔单元构成的一种二维人工电磁材料，这种材料在单元谐振频率附近呈全反射（贴片）或全传输（开孔）特性，具有空间滤波的功能，其最重要的应用领域是频率选择天线罩/天线窗。频率选择天线罩/天线窗是将FSS阵列与原有介质天线罩复合而成的新型天线罩，能够对己方雷达工作频段透明，而对敌方探测/干扰雷达频段屏蔽，是武器装备雷达导引头舱对雷达隐身及抗电磁干扰的首选技术途径。目前FSS与原天线罩复合通常采用柔性膜胶粘转移或直接在天线罩表面制备金属图形等手段，但对于具有复杂曲面面形的天线罩/天线窗而言，有时无法实现理想效果，因此复杂曲面FSS阵列加工是制约频率选择天线罩/天线窗工程应用的主要瓶颈之一。
[0003]近年来，3D打印技术作为一种数字化、直接化的制造技术，为复杂曲面频率选择表面的制备，提供了一种全新的、灵活的方案。目前现有技术中，中国专利CN103395205B公开了一种3D打印技术直接成型出曲面壳体上的开孔单元阵列，然后再将表面进行金属化得到曲面FSS阵列的方法。该方法具有直接、快捷的优势，但只适用于制作简单开孔单元阵列。中国专利CN108134207A、CN108134208A、CN108123228B公开了一种采用3D打印技术加工三维曲面掩模，是一种间接方法，不能直接制作出频率选择表面单元阵列，需要再结合光刻、镀膜等工艺在天线罩表面上形成贴片型、开孔型、环型等FSS阵列。该方法与柔性膜分片拼接、激光刻蚀等现有FSS加工技术相比，其优势在于不再受限于天线罩外形的复杂程度，但制作工序相对复杂，同时对掩模的面形精度要求较为苛刻。
[0004]除了以上不足，上述两类方法均没有充分发挥3D打印技术在结构设计方面的优势，仅基于现有频率选择天线罩结构提供了一种可行的工艺实现途径。其实，3D打印技术更大的作用在于它能为创新设计拓展出巨大的空间，对于频率选择表面领域也是如此。从前，制备难题大大限制了设计的多样性和个性化发展；现在，很多相对复杂设计结构因3D打印技术具备了实现可行性。设计结构的创新发展增加了设计维度，能够进一步促进频率选择天线罩/天线窗的性能提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决频率选择天线罩/天线窗现有制备技术难题，创新设计结构，进而提升频率选择表面天线罩/天线窗的性能，提供一种基于3D打印技术的立体贴片型频率选择天线罩/天线窗及其制备方法。
[0006]本专利技术提供的立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，包括天线罩/天线窗基底、立体贴片单元阵列、表面金属层，天线罩/天线窗的层状结构由下至上依次为天线罩/天线窗
基底、立体贴片单元阵列、表面金属层；天线罩/天线窗基底与立体贴片单元阵列为3D打印一体成型，立体贴片单元阵列贴合附于所述天线罩/天线窗基底上，表面金属层置于立体贴片单元阵列外表面；天线罩/天线窗基底与立体贴片单元阵列的介电常数或等效介电常数不大于10、损耗正切不大于0.02；立体贴片单元为凸起结构或沿所述天线罩/天线窗基底深度方向嵌入的凹陷结构，材料为硬质材料。
[0007]优选地，立体贴片单元阵列的厚度为0.05～10mm。
[0008]优选地，天线罩/天线窗基底的厚度为1～40mm。
[0009]优选地，天线罩/天线窗基底的结构是实心结构、中空结构或蜂窝类的网格拓扑结构。
[0010]优选地，表面金属层的金属为良导体金属材料。
[0011]优选地，表面金属层厚度10
‑
20μm。
[0012]优选地，立体贴片单元的形状为实心的方块、圆柱形、十字柱、Y柱或六角柱，或中心挖孔的方环、圆环贴片或蜂窝状。
[0013]本专利技术提供的立体贴片型频率选择天线罩/天线窗的制备方法，它包括如下步骤：（1）结构设计：采用电磁仿真软件进行频率选择表面结构的仿真优化，根据目标滤波曲线，得到优化的天线罩/天线窗基底和立体贴片单元的材料、介电常数、形状、结构大小、厚度，以及立体贴片单元阵列金属化的状态；（2）三维建模：采用三维建模软件进行立体贴片型频率选择表面的三维建模；（3）打印成型：根据需求选择合适的材料和打印工艺，在3D打印设备上一体化成型出天线罩/天线窗基底和立体贴片单元阵列；（4）打印后处理：去除支撑结构、清洗、干燥，必要时进行局部修磨；（5）表面金属化：根据性能要求，在每个立体贴片单元的表面进行金属化处理。
[0014]优选地，立体贴片单元阵列由若干个层数相同的立体贴片单元排列组成，所述层数至少为1层。
[0015]优选地，天线罩/天线窗基底和立体贴片单元的材料为陶瓷浆料时，在步骤（5）之前需进行烧结脱脂处理。
[0016]本专利技术有益效果：1、本专利技术基于3D打印技术直接成型各种复杂外形的立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，与先打印出三维掩模再制备频率选择表面阵列的方法相比，工艺流程更为简单，可降低成本、提高效率，同时精度更高；与直接成型开孔型频率选择表面的方法相比，本专利技术适用性更为广泛，可以制备前者无法制备的贴片型频率选择表面；2、重点改进了贴片结构而获得的新型三维频率选择表面，与现有多层、方波导、方同轴及金属通孔等类型的三维频率选择表面相比，结构相对简单，实用性更强；3、本专利技术基于3D打印技术将基底和单元阵列进行一体化制备，省却了现有方法中的胶粘等环节，简化了工艺流程，结构可靠性也得到提升；4、本专利技术中由于贴片单元是凸起的，金属化区域和非金属化区域产生高度上的壁垒，使这两个区域的隔离更清晰，更易进行贴片金属化工艺；5、本专利技术利用3D打印技术在频率选择天线窗/天线罩结构的设计创新方面有较大提升；单元结构、基底结构的多样化、个性化设计，以及多种材料的巧妙结合，都增加了频率
选择表面的设计维度，能够进一步提升频率选择表面性能。
[0017]综上，本专利技术立体贴片型频率选择天线罩/天线窗与普通二维贴片型频率选择表面相比，在滤波性能和工艺实施便利性等方面均有所提升。本专利技术的立体贴片型频率选择表面与现有的多层、方波导、方同轴及金属通孔型等三维频率选择表面有本质区别。本专利技术是在经典二维频率选择表面基础上，单元厚度由无限薄（微米级金属层厚）向有一定厚度转变（毫米级立体贴片厚度和微米级金属层厚的和），从而将单元立体化。由于贴片单元厚度、天线罩基底和单元内部的个性化结构均会影响最终的滤波性能，这就额外增加了设计的维度。同时，与上述三维频率选择表面相比，本专利技术整体结构更为简单，在天线罩/天线窗等曲面结构上更具实用性，也更适合通过3D打印技术实现。
附图说明
[0018]图1是根据本专利技术实施例提供的立体贴片型频率选择天线罩/天线窗单元结构示意图；1、天线罩/天线窗基底；2、立体贴片单元；3、仅立体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，其特征在于：所述天线罩/天线窗为层状结构，从下至上依次为天线罩/天线窗基底、立体贴片单元阵列、表面金属层；所述的天线罩/天线窗基底与立体贴片单元阵列为3D打印一体成型，所述立体贴片单元阵列贴合附于所述天线罩/天线窗基底上，所述表面金属层置于所述立体贴片单元阵列外表面；所述的天线罩/天线窗基底与立体贴片单元阵列的介电常数或等效介电常数不大于10、损耗正切不大于0.02；所述立体贴片单元为凸起结构或沿所述天线罩/天线窗基底深度方向嵌入的凹陷结构，材料为硬质材料。2.根据权利要求1所述的一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，其特征在于：所述立体贴片单元阵列的厚度为0.05～10mm。3.根据权利要求2所述的一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，其特征在于：所述天线罩/天线窗基底的厚度为1～40mm。4.根据权利要求3所述的一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，其特征在于：所述天线罩/天线窗基底的结构是实心结构、中空结构或蜂窝类的网格拓扑结构。5.根据权利要求4所述的一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，其特征在于：所述表面金属层的金属为良导体金属材料。6.根据权利要求5所述的一种立体贴片型频率选择天线罩/天线窗，其特征在于：所述表面金属层厚度10
‑
20μm。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩松，徐念喜，刘瑞麟，汤洋，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：