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埋微带天线阵复合材料叠层结构力电性能分析

赵伟  
【摘要】: 随着航空航天事业的发展,为了解决天线与机身难以共形的矛盾,实现飞机蒙皮结构与天线器件的一体化设计,逐渐形成了共形承载天线的概念。本文研究一种新型的共形承载天线,用电磁仿真软件CST设计了两款新型埋微带天线阵复合材料叠层结构。这种共形承载天线结构相比于埋微带天线蜂窝夹层结构具有更广泛的适用性。同时将微带贴片天线由一元贴片天线发展为四元贴片直线阵天线,通过合理设计,解决了上蒙皮与贴片天线直接接触时天线难于满足要求的问题。 设计并制备出一种以环氧玻璃纤维板为介质基板的共形承载天线叠层结构。研究表明介质板介电常数较高的环氧玻璃纤维板更容易增加天线带宽,设计的天线在增益保持相对变化不大,带宽由埋微带天线蜂窝夹层结构的350MHz左右提高到830MHz,带宽增加了480MHz;同时研究了以传统的聚四氟乙烯板作为基板的共形承载天线结构,研究表明介电常数较低的聚四氟乙烯板更容易提高增益,在天线带宽相对不变时,增益由原来的8dB左右增加到11.97dB,提高增益非常明显。用Protel软件和印制电路板技术将设计的两款天线加工成型,在微波暗室中测试了天线的增益和方向图。发现第一种天线与设计相差较大,而第二种天线与设计较为接近,实测增益达到了14.14dB,大大提高了天线增益。 共形承载天线不仅要保持埋入天线的电性能,同时还要承受一定机械载荷。本文针对研制的叠层结构进行了三点弯曲实验研究,得到了位移-载荷曲线。研究表明以玻璃钢作为基板的叠层结构尽管有很薄的局部镀铜层,承载力相比于没有埋入微带贴片天线阵的叠层板,其承载力几乎没有下降,而埋入聚四氟乙烯基板的结构承载力相比于环氧玻璃纤维板大大下降。覆铜层提高了胶结层与覆铜板的结合能力,使板间的抗剪切能力提高,从而提高了结构的弯曲承载能力。最后本文对埋微带天线阵叠层结构的弯曲变形进行了研究,建立不同弯曲变形情况下的分析模型,计算了不同弯曲变形下天线电性能,研究了弯曲对天线性能影响的变化规律,为进一步共形承载天线研究做好基础。


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