本發(fā)明屬于航天器天線罩的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于頻率選擇表面蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的小型衛(wèi)星隱身天線罩的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星的廣泛應(yīng)用和空間軍事化步伐的加快，衛(wèi)星的安全和生存能力面臨日趨嚴(yán)峻的威脅；衛(wèi)星隱身是反偵察的積極措施，是衛(wèi)星安全防護(hù)和提高生存能力的重要方面。衛(wèi)星隱身就是針對衛(wèi)星在軌所面臨的探測威脅，采取降低衛(wèi)星可探測性的技術(shù)措施，以達(dá)到衛(wèi)星在軌難以被發(fā)現(xiàn)、難以被擊中、難以被消滅的目的。

天線是衛(wèi)星的強(qiáng)散射源，在某些視角范圍內(nèi)對衛(wèi)星雷達(dá)散射截面(radarcrosssection,rcs)貢獻(xiàn)高達(dá)10dbsm以上，因此，降低天線的rcs是衛(wèi)星隱身設(shè)計(jì)的重要研究課題。國內(nèi)在機(jī)載和彈載雷達(dá)系統(tǒng)一般通過采用fss天線罩以達(dá)到隱身的目的，而用于衛(wèi)星的隱身天線罩尚無實(shí)例。

帶有頻率選擇表面(frequencyselectivesurface,fss)的天線罩技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域，可有效降低機(jī)載雷達(dá)和彈載雷達(dá)的rcs，是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)和導(dǎo)彈隱身的重要手段，但用于衛(wèi)星目標(biāo)的fss天線罩鮮為人知。

對于衛(wèi)星天線罩來講，需要的是在保證內(nèi)部天線正常工作的前提下，實(shí)現(xiàn)要求的其他性能。天線罩具有某些波段帶通，某些波段帶阻的電性能特點(diǎn)，電性能指標(biāo)高，設(shè)計(jì)過程中遇到了較大困難。為了減小天線罩對內(nèi)部天線的影響，需要天線罩在天線工作頻段內(nèi)滿足高傳輸、低反射、低插入相位延遲等要求；同時在天線工作頻段外(即阻帶)通過fss/a型夾層結(jié)構(gòu)結(jié)合天線罩外形實(shí)現(xiàn)隱身性能，低介電低損耗的材料能夠給天線罩的電性能設(shè)計(jì)提供更大的裕度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于頻率選擇表面的小型衛(wèi)星隱身天線罩及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星天線的隱身，并將其應(yīng)用到衛(wèi)星天線罩中。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種基于頻率選擇表面的小型衛(wèi)星隱身天線罩，其外形為六棱尖錐體，該隱身天線罩整體結(jié)構(gòu)是雙層fss屏a型蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，共由5層構(gòu)成，由內(nèi)至外分別為：內(nèi)層fss屏、內(nèi)蒙皮、中間層、外蒙皮、外層fss屏；其中，內(nèi)、外蒙皮與中間層之間采用膠膜膠接；內(nèi)、外層fss屏與相對應(yīng)的內(nèi)、外蒙皮之間采用膠膜粘接，所述的中間層包含芯層及承力帶，二者并列排布。

優(yōu)選地，所述的內(nèi)、外層fss屏材料為銅、鋁、金、銀、鐵、鎳、鋅、鉻或者由上述金屬構(gòu)成的合金。

優(yōu)選地，所述的內(nèi)、外蒙皮材料為氰酸酯樹脂基體b型石英纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。

優(yōu)選地，所述的芯層為nomex芳綸紙蜂窩芯材。

優(yōu)選地，所述的芯層為nf-1芳綸紙蜂窩芯材、nh-1芳綸紙蜂窩芯材或者nrh芳綸紙蜂窩芯材。

優(yōu)選地，所述的內(nèi)、外層fss屏采用覆銅板。

優(yōu)選地，所述的內(nèi)、外蒙皮與中間層之間采用由ew-60無堿玻璃布作為載體、涂刷浸漬橡膠增韌改性環(huán)氧低粘度膠粘劑制成的膠膜膠接。

優(yōu)選地，所述的內(nèi)、外層fss屏與相對應(yīng)的內(nèi)、外蒙皮之間采用增韌改性環(huán)氧低粘度膠粘劑制成的膠膜粘接。

本發(fā)明的一種基于頻率選擇表面的小型衛(wèi)星隱身天線罩的制備方法，包括步驟如下：

1)模具準(zhǔn)備；

2)內(nèi)層fss屏準(zhǔn)備，將內(nèi)層fss屏定位到金屬陽模的表面；

3)在內(nèi)層fss屏外表面鋪貼內(nèi)蒙皮，內(nèi)蒙皮成型；

4)膠膜、中間層準(zhǔn)備，將內(nèi)蒙皮外表面與中間層膠接；

5)承力帶成型；

6)膠膜、中間層準(zhǔn)備，將中間層與外蒙皮膠接，外蒙皮成型；

7)在外蒙皮外表面鋪貼外層fss屏；定位膠接外層fss屏；

8)外層fss屏和外蒙皮出氣孔制備；

9)天線罩尖部修型。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的蒙皮材料為寬頻帶材料，該復(fù)合材料在155℃高溫下仍具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并在寬頻范圍內(nèi)介電常數(shù)與損耗角正切也相對穩(wěn)定，有利于滿足寬頻帶的性能要求。

2、本發(fā)明通過了高低溫交變、真空放氣、紫外輻照等太空環(huán)境試驗(yàn)，介電性能基本保持不變，滿足航天使用要求，具有良好的電性能。

3、本發(fā)明的蒙皮材料具有良好的力學(xué)性能，由該蒙皮材料和蜂窩芯層構(gòu)成的天線罩通過了靜力、振動、加速度等力學(xué)試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能優(yōu)良。滿足了衛(wèi)星隱身天線罩對高性能材料的需求。

4、本發(fā)明的蒙皮成型采用熱壓罐加壓加熱工藝，具有較低介電常數(shù)、損耗角正切和吸水率，力學(xué)性能優(yōu)良，且易成型，工藝性好。

附圖說明

圖1a為隱身天線罩第一三維造型圖。

圖1b為隱身天線罩第二三維造型圖。

圖2為天線罩壁結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖3為天線罩罩壁結(jié)構(gòu)樣件。

圖4為本制備方法的工藝流程圖。

圖5為通帶fss等效平板頻響曲線示意圖。

圖6為c波段阻帶fss等效平板頻響曲線示意圖。

圖7為x波段阻帶fss等效平板頻響曲線示意圖。

圖8為天線橫滾角30°時，無天線罩的衛(wèi)星rcs示意圖。

圖9為天線橫滾角30°時，有天線罩的衛(wèi)星rcs示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。

參照圖1a、圖1b、圖2及圖3所示，本發(fā)明的一種基于頻率選擇表面的小型衛(wèi)星隱身天線罩，其外形為六棱尖錐體，該隱身天線罩三維造型圖如圖1a、圖1b所示。該隱身天線罩整體結(jié)構(gòu)是雙層fss屏a型蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，共由5層構(gòu)成，由內(nèi)至外分別為：內(nèi)層fss屏1、內(nèi)蒙皮2、芯層3、承力帶6、外蒙皮4、外層fss屏5，其中，芯層3及承力帶6構(gòu)成中間層，二者并列排布；罩壁具體剖面示意圖見圖2。內(nèi)、外蒙皮采用氰酸酯樹脂基體b型石英纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，芯層采用nomex芳綸紙蜂窩芯材，內(nèi)、外蒙皮與中間層之間采用由ew-60無堿玻璃布作為載體、涂刷浸漬橡膠增韌改性環(huán)氧低粘度膠粘劑制成的膠膜膠接；內(nèi)、外層fss屏與相對應(yīng)的內(nèi)、外蒙皮之間采用增韌改性環(huán)氧低粘度膠粘劑制成的膠膜粘接。該隱身天線罩的毛坯成型采用陽模，蒙皮成型采用熱壓罐加熱加壓固化工藝。

其中，所述的內(nèi)、外層fss屏材料為銅，鋁，金，銀，鐵，鎳，鋅，鉻或者由上述金屬構(gòu)成的合金。

其中，所述的內(nèi)、外蒙皮材料為氰酸酯樹脂基體b型石英纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，該材料通過了高低溫交變、真空放氣、紫外輻照等太空環(huán)境試驗(yàn)，介電性能基本保持不變，滿足航天使用要求，具有良好的電性能；

上述內(nèi)、外蒙皮材料選用的復(fù)合材料采用預(yù)浸料熱壓罐加壓加熱工藝成型。該材料具有較低的介電常數(shù)、損耗角正切、吸水率，力學(xué)性能優(yōu)良，良好的工藝性等優(yōu)點(diǎn)。氰酸酯樹脂基體b型石英纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在155℃下仍具有較高的力學(xué)性能，可保證航天器天線罩在高溫條件下的長期使用。該材料體系在寬頻范圍內(nèi)，介電常數(shù)與損耗角正切相對穩(wěn)定，有利于滿足寬頻帶的性能要求。

芯層采用nomex芳綸紙蜂窩芯材，格孔呈正六邊形，蜂窩與內(nèi)、外蒙皮膠接使用由ew-60無堿玻璃布作為載體、涂刷浸漬橡膠增韌改性環(huán)氧低粘度膠粘劑制成的膠膜。內(nèi)、外層fss屏采用覆銅板。于其他實(shí)施例中，所述的芯層還可以為nf-1芳綸紙蜂窩芯材、nh-1芳綸紙蜂窩芯材或者nrh芳綸紙蜂窩芯材。

如圖3所示，該衛(wèi)星隱身天線罩選用a型夾層結(jié)構(gòu)兩側(cè)加載復(fù)合雙十字型fss屏的方案，這種fss將耶路撒冷十字單元和四腿加載單元兩種典型fss單元結(jié)合而構(gòu)成。

由圖5至圖7可看出：通帶內(nèi)隨著頻率的升高，插損值逐漸增大。頻率為2.3ghz時，垂直極化下插損值為-2.86db，水平極化下插損值為-1.52db，折算成圓極化插損值為-2.14db，考慮公差后，通帶內(nèi)滿足插損小于3db的要求。c波段阻帶內(nèi)插損最大值為-30.ldb，滿足插損大于15db的要求。x波段阻帶內(nèi)頻率為8.8ghz時，水平極化下插損值為-26.6db，滿足插損大于15db的要求。

參照圖4所示，本發(fā)明的一種基于頻率選擇表面的小型衛(wèi)星隱身天線罩的制備方法，包括步驟如下：

1)模具準(zhǔn)備；

2)內(nèi)層fss屏準(zhǔn)備，將內(nèi)層fss屏定位到金屬陽模的表面；

3)在內(nèi)層fss屏外表面鋪貼內(nèi)蒙皮，內(nèi)蒙皮成型；

4)膠膜、中間層準(zhǔn)備，將內(nèi)蒙皮外表面與中間層膠接；

5)承力帶成型；

6)膠膜、中間層準(zhǔn)備，將中間層與外蒙皮膠接，外蒙皮成型；

7)在外蒙皮外表面鋪貼外層fss屏；定位膠接外層fss屏；

8)外層fss屏和外蒙皮出氣孔制備；

9)天線罩尖部修型。

上述制備工藝的關(guān)鍵技術(shù)：

蜂窩拼接與組合：

上述步驟4)中，由于該制備方法的應(yīng)用是制作一個天線罩，天線罩外形為六棱尖錐型，天線罩有六個棱邊，在棱邊處蜂窩不能完全符型，并且蜂窩變形較大，蜂窩受壓容易失穩(wěn)壓塌。因此，采用蜂窩分片的方法，按棱面的尺寸將蜂窩加工成六片，蜂窩組合后在棱線兩邊的蜂窩格孔內(nèi)使用填充料進(jìn)行填充，以避免蜂窩受壓壓塌。

外fss屏和外蒙皮一體打孔：

上述步驟8)中，天線罩在鋪貼完外fss屏后對成型為一體的外層fss屏和外蒙皮打孔，打孔時應(yīng)盡量減少對fss屏上陣子單元的破壞。天線罩外表層打孔后，實(shí)現(xiàn)了天線罩的真空放氣結(jié)構(gòu)功能。

尖部和棱邊成型：

上述步驟9)中，由于天線罩尖錐角度較小，且蜂窩變形較大，蜂窩受壓容易失穩(wěn)。天線罩尖部蜂窩內(nèi)用填充料進(jìn)行填充。由于尖部和棱邊有r2的圓角，將蜂窩表面的填充料打磨平整后，再將尖部和棱邊輕輕打磨出r2的圓角。外蒙皮成型后再次使用填充料修出尖部和棱邊，繼而鋪貼fss屏。

為了測試該隱身天線罩應(yīng)用于衛(wèi)星后，衛(wèi)星的隱身性能的變化，進(jìn)行了衛(wèi)星不同狀態(tài)下的雷達(dá)散射截面測試，即隱身性能測試。圖8和圖9分別示出了：當(dāng)衛(wèi)星天線在30°橫滾角下，有無fss天線罩兩種狀態(tài)下的衛(wèi)星rcs。由圖8和圖9可看出：通過對無隱身天線罩、有隱身天線罩的衛(wèi)星rcs對比，兩種情況下，鼻錐向±40°范圍內(nèi)，衛(wèi)星不加隱身天線罩時的rcs值不小于2.3m²，帶隱身天線罩的衛(wèi)星rcs值不大于0.12m²。表明將頻率選擇表面隱身天線罩加于衛(wèi)星上后，衛(wèi)星具有較好的隱身效果。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。