PMI泡沫环形天线罩

摘要

本发明公开的一种PMI泡沫环形天线罩，旨在提供一种传输效率高、传输损耗小、质量轻、减震性好，具有滤波功能的天线。本发明通过下述技术方案实现：环形天线罩外观为带切角的柱体圆筒，筒体内设有用于安置天线单元的空腔，筒壁嵌入有无源谐振单元组成周期性阵列结构的频率选择表面，构成一个空间上的滤波器，滤波器环绕环形筒壁形成柔性微带滤波网络；入射电磁波通过滤波网络时，电场对电子产生的作用力使其发生振荡，从而在滤波网络的金属表面上形成感应电流，入射电磁波的一部分能量转换为维持电子振荡状态的动能，而另外一部分能量穿过频率选择表面传播至天线单元，PMI天线罩搭载滤波网络选择性地滤除非天线工作频段的电磁波。

权利要求

1.一种PMI泡沫环形天线罩，包括：以质地均匀、各向同性的PMI泡沫为主体材料的空心柱台锥体环形天线罩外壳，其特征在于，PMI泡沫罩（1）为中空腔体，其外部轮廓的环形柱体圆筒上制有圆阵安装孔，环形天线罩外观为带切角的柱体圆筒，筒体内设有用于安置天线单元的空腔，筒壁嵌入有无源谐振单元组成周期性阵列结构的频率选择表面，该频率选表面构成一个空间上的滤波器，所述滤波器环绕环形筒体内壁形成柔性微带滤波网络（2），柔性微带滤波网络（2）功能上是一种空间滤波器，柔性滤波网络（2）通过PMI泡沫卡环（3），紧密贴合嵌装于PMI泡沫罩（1）内，以精确的三维形态封入PMI泡沫材料的内部；入射电磁波通过滤波网络时，电场对电子产生的作用力使其发生振荡，从而在滤波网络的金属表面上形成感应电流，入射电磁波的一部分能量转换为维持电子振荡状态所需要的动能，而另外一部分能量穿过频率选择表面传播至天线单元，PMI天线罩（1）搭载滤波网络选择性地过滤掉非天线工作频段的电磁波。

2.如权利要求1所述的PMI泡沫环形天线罩，其特征在于：PMI泡沫罩（1）采用PMI泡沫板机械加工成型，或以利用模具快速发泡成型。

3.如权利要求1所述的PMI泡沫环形天线罩，其特征在于：柔性微带滤波网络（2）是刻画在柔性介质材料上的金属图案或独立呈现的金属丝网。

说明书

PMI泡沫环形天线罩

技术领域

[0001] 本发明涉及一种保护天线系统免受外部环境影响的结构件，尤其是具有滤波性能的刚性天线罩。

背景技术

[0002] 天线罩是用来保护天线系统的壳状多功能透波结构物，其机械性能上能避免天线系统在外部如风雨、冰雪、沙尘、太阳辐射、气动加热等各种恶劣环境下受到损害，其电气性
能上具有良好的电磁波穿透特性，尤其是对天线工作频段内电磁波的透波性和滤波能力直
接关系到天线性能指标的好坏。

[0003] 目前，多数天线罩以是以天线系统保护壳的形式呈现，其内部空间用于放置天线的功能部件。由于天线罩是天线前面的障碍物,对天线辐射波会产生吸收和反射,改变天线
的自由空间能量分布,并在一定程度上影响天线的电气性能，为使穿透天线罩的电磁波损
耗尽量低，传统的刚性的天线罩通常是由单一种类介质或多层介质构成的壳状结构物。随
着天线技术的发展和日益提高的抗干扰要求，天线罩的发展方向正在由单纯透波功能向能
允许电磁波信号通过并屏蔽干扰信号的频选滤波功能转变。

[0004] 单一介质天线罩通常为均匀平面或曲面结构，其材料主要有增强纤维(多为碳纤维、玻璃纤维、石英纤维中的一种或几种)与热固性树脂(主要有不饱和聚酯，环氧树脂，酚
醛树脂，乙烯基树脂，丁二烯树脂，丁苯树脂等)敷制的复合材料，也可以是某种单一成分的
介质材料。为了减少反射、获得较好的透波性能，罩壁厚度与工作波长有关。薄壁结构虽然
具有较好的电磁透波率，但固有频率低，容易受到力学环境的破坏，因此天线罩的厚度不能
仅依据工作波长得到理想的电气性能，还必须兼顾天线罩尺寸和形状、环境条件、所用材料
力学参数等结构性能。

[0005] 多层介质天线罩多为在复合材料内部封有蜂窝、泡沫塑料等夹芯的多层结构，若其内部封有频选滤波网络夹层，该天线罩即具有频选、滤波功能，可以选择性地使目标频率
的电磁波透过。如专利CN105186131B所述带有滤波功能的多层天线罩，可以选择性地使天
线工作频段范围内的电磁波穿过，该技术是战机实现隐身的一种途径，同时还可用于解决
环境杂波对天线的干扰问题，在航空、制导领域均有应用。与单一介质天线罩相比，多层介
质天线罩具备更完善的透波功能和更优异的力学性能，但其制作工艺更复杂，制造成本相
对更高。

[0006] 虽然上述利用纤维增强树脂等材料的刚性天线罩具有强度高，耐候性强，技术成熟和应用广泛等特点，但不宜用于制造成曲率大的曲面或形态复杂的三维外形，薄壳结构
不利于抗击恶劣的力学环境，而且多层结构的复合材料天线罩制造工艺复杂，加工性差，成
本较高。

[0007] 泡沫塑料壳体结构因材料的介电常数和损耗角正切低于其他常见天线罩材料，电气上允许采用较厚的罩壁以满足结构负荷要求。各泡沫块之间的连接，可用胶接以拼成均
匀的整体壳，电气性能好，适于高频率和宽频段工作。泡沫塑料以其超低的密度、低介电常
数、高透波率、优良的加工性能，时常被用于复合材料多层天线罩的内部夹芯或填充在天线
罩内。常规泡沫塑料普遍密度低，强度较差，一般情况下，只应用于较小型，电磁性能要求很
高，机械强度要求低的天线罩中。

[0008] 聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫是目前同等密度条件下最硬的天线罩芯材泡沫塑料，在某些对力学性能、耐候性要求不高的场合，PMI泡沫的力学参数可以使其直接用作天
线电路的天线罩。PMI天线罩和其他材料天线罩相比，具有介电常数低、密度低、加工性好、
耐高温、价格较廉、可快速成型等诸多优势。但对于有频选滤波要求的天线，PMI泡沫天线罩
无法像纤维增强树脂一样与滤波网络直接复合，因此目前没有为滤波网络的成型提供表面
支撑的带滤波功能的PMI泡沫天线罩。

[0009] 频率选择表面本身是不会吸收能量的，但可以对通过的电磁波有频率选择和极化选择的作用。FSS通常可以分为两种：贴片型和开槽型。前者是金属贴片进行周期性的拓展，
后者是在金属片上开槽单元的周期拓展。当一个谐振频率的电磁波入射到上面两种单元结
构上时，贴片型的会呈现出全反射性，而开槽型的表现刚好相反。

发明内容

[0010] 本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种电性能好，传输效率高，传输损耗小，质量轻、减震性好，成本不高，适用于复杂造型且很好加工的具有频选滤波功能的
PMI泡沫环阵天线罩。

[0011] 本发明的上述目的可以通过以技术方案予以实现：一种PMI泡沫环形天线罩，包括：以质地均匀、各向同性的PMI泡沫为主体材料的环形圆柱筒体天线罩外壳，其特征在于，
环形天线罩外观为带切角的柱体圆筒，筒体内设有用于安置天线单元的空腔，筒体内壁嵌
入有无源谐振单元组成周期性阵列结构的频率选择表面，该频选表面构成一个空间上的滤
波器，所述滤波器环绕环形筒体内壁形成柔性微带滤波网络2；入射电磁波通过滤波网络
时，电场对电子产生的作用力使其发生振荡，从而在滤波网络的金属表面上形成感应电流，
入射电磁波的一部分能量转换为维持电子振荡状态所需要的动能，而另外一部分能量穿过
频率选择表面传播至天线单元，PMI天线罩1搭载滤波网络选择性地过滤掉非天线工作频段
的电磁波。

[0012] 本发明相比现有技术具有如下有益效果。

[0013] 电性能好，传输效率高，传输损耗小。本发明采用质地均匀、各向同性的PMI泡沫为主体材料，相比纤维增强树脂材料，具有与更低的介电常数和介电损耗，有着比薄壁结构更
为优异的透波性能，在电气上具有良好的电磁辐射透过性能。

[0014] 具有频选滤波功能。本发明利用PMI泡沫卡环3嵌装于PMI泡沫罩1内的柔性滤波网络，PMI泡沫卡环3与柔性滤波网络紧密贴合，使柔性滤波网络以设计要求的精确的三维形
态封入PMI泡沫材料的内部。利用其频选机理设计的滤波网络使天线罩根据需求透过特定
频段的电磁波，极大地提升了天线的工作性能。

[0015] 质量轻,减震性好。本发明采用复杂三维造型而非薄壁结构PMI泡沫罩1，以足够厚的PMI泡沫材料的结构强度，具有抵抗环境应力，并且可耐受200℃的环境高温，所采用的
PMI泡沫材料密度仅每立方米几十千克，远低于其他常用的金属及非金属天线罩材料，PMI
泡沫作为强度最高的泡沫塑料品种，具有较低的密度、较高的抗拉强度和弹性模量，不吸
水，耐高温，其结构强度可以满足多种类型天线的使用要求，发泡结构决定了该材料具有优
异的抗冲击性能和隔振、减震能力，可以保护天线系统免受外部环境的影响、延长天线系统
的各部分寿命、保护天线表面和位置的精度。

[0016] 加工性好，成本低。本发明采用的PMI泡沫结构件可以用板材或棒材机械加工成型，也可以利用模具快速发泡成型，适于制作复杂形状天线罩。由于其单价不高且密度低，
加工费用低，内置的柔性滤波网络采用工艺相对简单的平铺制作，不通过敷制工艺即可嵌
入天线罩内部精确固定，因此本发明与大多数同等规格的滤波天线罩相比，具有加工性好、
成本低的特点。

附图说明

[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的阐述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释
本发明，并不用于限定本发明。

[0018] 图1是本发明PMI泡沫天线罩中一种实施例的环形天线罩示意图，并将3PMI泡沫卡环3实施局部剖视以展示2柔性微带滤波网络2在封在天线罩内部的空间形态。

[0019] 图2是图1环形天线罩实施例的纵向截面剖视图。

[0020] 图3是图1环形天线罩实施例的内柔性微带滤波网络2的装配前的展开状态示意图。

[0021] 图中：1.PMI泡沫罩；2.柔性微带滤波网络；3.PMI泡沫卡。

[0022] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明。

具体实施方式

[0023] 阅图1、图2。在以下描述的优选实施例中，一种PMI泡沫环形天线罩，包括：以质地均匀、各向同性的PMI泡沫为主体材料的空心柱台锥体环形天线罩外壳，其特征在于，环形
天线罩外观为带切角的柱体圆筒，筒体内设有用于安置天线单元的空腔，筒体内壁嵌入有
无源谐振单元组成周期性阵列结构的频率选择表面，该频选表面构成一个空间上的滤波
器，所述滤波器环绕环形筒体内壁形成柔性微带滤波网络2；入射电磁波通过滤波网络时，
电场对电子产生的作用力使其发生振荡，从而在滤波网络的金属表面上形成感应电流，入
射电磁波的一部分能量转换为维持电子振荡状态所需要的动能，而另外一部分能量穿过频
率选择表面传播至天线单元，PMI天线罩1搭载滤波网络选择性地过滤掉非天线工作频段的
电磁波。

[0024] PMI泡沫罩1可以采用PMI泡沫板机械加工成型，进一步地，可以利用模具快速发泡成型。柔性滤波网络2通过PMI泡沫卡环3，紧密贴合嵌装于PMI泡沫罩1内，其功能是使柔性
滤波网络2以设计要求的精确的三维形态封入PMI泡沫材料的内部。PMI泡沫卡环3必要时可
以黏贴于PMI泡沫罩1，也可以直接与PMI泡沫罩1一体成型。PMI泡沫罩1为中空腔体，其外部
轮廓的环形圆柱筒体上制有圆阵安装孔。PMI泡沫罩1采用PMI泡沫板机械加工成型，或以利
用模具快速发泡成型。

[0025] 参阅图3。柔性微带滤波网络2功能上是一种空间上的滤波器。柔性微带滤波网络2可以是刻画在柔性介质材料上的金属图案，也可以为独立呈现的金属丝网。进一步地，柔性
微带滤波网络2包括但不限于刻画在柔性介质材料上的金属图案，柔性介质材料包括但不
限于聚酰亚胺薄膜。

[0026] 以上所述的仅是本发明的一种实施案例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些变更和改变应视为
属于本发明的保护范围。