發(fā)布時間：2018-08-25 14:06

【摘要】：隨著科技的不斷進步,復(fù)合材料經(jīng)歷了從小到大,由次到主,由結(jié)構(gòu)到功能的發(fā)展道路。特別是航空航天領(lǐng)域,復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)上應(yīng)用不僅僅是減輕重量,提高比強度,而是應(yīng)該通過合理的設(shè)計使其兼具力學(xué)性能和功能性等多方面的價值。針對傳統(tǒng)的突出配置結(jié)構(gòu)的天線,如何在不破壞機體機械性能的同時降低天線的剖面將有助于提高飛行器的機動性能和效率；而在薄介質(zhì)基體上增加天線的帶寬也成為了人們關(guān)注的另一個焦點。在天線與復(fù)合材料有效的結(jié)合過程中,復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和成型方式至關(guān)重要。本課題采用印刷方式來制作復(fù)合材料天線,利用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成型工藝將輻射單元,介質(zhì)基體和天線地板一體成型,同時運用開槽技術(shù)提高矩形微帶天線的帶寬。針對上述研究,具體相關(guān)內(nèi)容如下：(1)首先對采用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成型工藝制作的玻纖天線基板的介電性能進行了充分的研究,結(jié)果表明本文設(shè)計的天線基板的介電常數(shù)3.763,介電損耗角正切為0.01。根據(jù)介電性能的測試結(jié)果結(jié)合天線的理論分析方法,設(shè)計了矩形和開槽兩種微帶天線。仿真結(jié)果表明,在設(shè)計頻率為1.575GHz的頻率下,矩形微帶天線回波損耗為-37.65dB,增益為4.52dB,天線方向圖和史密斯圓圖表明天線的輻射性能和阻抗匹配良好。而開槽天線在同樣的頻率下,回波損耗為-15.12dB,增益為3.18dB,方向性和阻抗匹配滿足要求。但是開槽天線的帶寬比矩形天線帶寬增加了132.5%,而天線面積減少了39.5%。(2)根據(jù)上述天線的尺寸設(shè)計參數(shù),分別以銅箔和銀漿兩種材料為輻射單元制作了四款天線即矩形銅箔微帶天線,矩形銀漿微帶天線,開槽銅箔微帶天線和開槽銀漿微帶天線。其中銀漿輻射元采用絲網(wǎng)印刷工藝,該工藝具有適印性好,精確度高,成本低等特點。天線的輻射單元,介質(zhì)基體和地板整體采用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移成型工藝成型,最后通過合理設(shè)計的焊接工藝得到四款天線。(3)四款天線電磁參數(shù)實測表明,在中心頻率為1.575GHz的頻率下,矩形銅箔,矩形銀漿,開槽銅箔和開槽銀漿微帶天線的回波損耗分別為-13.8dB,-18.9dB,-12.6dB和-16.8dB,所有天線基本在0°方向都具有最大的輻射性能。但是相比傳統(tǒng)銅箔材質(zhì),導(dǎo)電銀漿材質(zhì)的天線回波損耗更小,阻抗匹配更佳,而且方向圖結(jié)果同仿真結(jié)果重合率更好。在滿足回波損耗小于-10dB的條件下,開槽銀漿天線相比矩形銀漿天線帶寬增加了271%,天線方向圖的主瓣和后瓣也顯示了良好的方向性。(4)機械性能作為復(fù)合天線的重要性能,本文分別分析了銅箔和銀漿兩種材質(zhì)輻射單元天線的拉伸性能和彎曲性能。機械性能結(jié)果顯示銀漿天線的歸一化拉伸強度比銅箔天線提高了9.9%,同時銀漿天線歸一化彎曲強度比銅箔天線提高了19.3%,銀漿輻射元可以提高天線的機械性能。(5)最后通過觀察天線輻射元與介質(zhì)表面的結(jié)合性以及拉伸、彎曲斷裂面的掃描電鏡照片,從微觀角度解釋了印刷銀漿輻射元同基體的結(jié)合性能更好。纖維斷裂面整齊規(guī)則,從微觀角度表明了銀漿天線機械性能較高。綜上所述,本文采用絲網(wǎng)印刷工藝成功制備了復(fù)合材料天線,力學(xué)和電學(xué)性能都比銅箔天線有所提高。開槽天線的設(shè)計和實現(xiàn),使得拓寬微帶天線的帶寬在薄介質(zhì)基體板上成為可能,這進一步增加了天線的適用環(huán)境,且制得的天線更加輕薄。采用導(dǎo)電漿料輻射單元和紡織品的結(jié)合,使得本課題的研究方法為智能化,多功能化的復(fù)合材料提供了一個新的思路。
[Abstract]:With the continuous progress of science and technology, composite materials have experienced a development path from small to large, from secondary to primary, from structure to function. Especially in the field of aerospace, the application of composite materials in aircraft structures is not only to reduce weight and improve specific strength, but also to make them have both mechanical properties and functional properties through reasonable design. Value. For the traditional antenna with prominent configuration, how to reduce the profile of the antenna while not destroying the mechanical properties of the body will help to improve the maneuverability and efficiency of the aircraft; and how to increase the bandwidth of the antenna on a thin dielectric substrate has become another focus of attention. In this paper, the composite antenna is fabricated by printing method, the radiation unit, the dielectric matrix and the antenna floor are formed by vacuum assisted resin transfer molding technology, and the bandwidth of the rectangular microstrip antenna is improved by slotting technology. The main contents are as follows: (1) Firstly, the dielectric properties of glass fiber antenna substrate fabricated by vacuum assisted resin transfer molding process are studied. The results show that the dielectric constant of the antenna substrate is 3.763 and the dielectric loss tangent is 0.01. The simulation results show that the return loss of the rectangular microstrip antenna is - 37.65 dB and the gain is 4.52 dB at the design frequency of 1.575 GHz. The radiation performance and impedance of the antenna pattern and Smith circle are well matched. The return loss of the slotted antenna is - 15.12 dB at the same frequency. The gain is 3.18dB, and the directivity and impedance matching meet the requirements. However, the bandwidth of slotted antenna is 132.5% larger than that of rectangular antenna, and the antenna area is reduced by 39.5%. (2) According to the size design parameters of the antenna, four kinds of rectangular copper-foil microstrip antennas, rectangular silver-foil microstrip antennas and copper-silver-foil microstrip antennas are fabricated. Slurry microstrip antenna, slotted copper foil microstrip antenna and slotted silver paste microstrip antenna. Silver paste radiation element adopts screen printing process, which has good printability, high accuracy, low cost and other characteristics. The radiation element of antenna, dielectric matrix and floor are formed by vacuum assisted resin transfer molding process, and finally through reasonable design. Four antennas were obtained by welding process. (3) The measured electromagnetic parameters of the four antennas show that the return losses of the rectangular copper foil, rectangular silver paste, slotted copper foil and slotted silver paste microstrip antennas are - 13.8 dB, - 18.9 dB, - 12.6 dB and - 16.8 dB respectively at the center frequency of 1.575 GHz. All the antennas have the greatest radiation performance in the direction of 0 degrees. Compared with the traditional copper foil material, the antenna with conductive silver paste has smaller echo loss, better impedance matching and better coincidence rate with the simulation results. (4) As an important performance of the composite antenna, the tensile and bending properties of the silver paste antenna are analyzed. The results show that the normalized tensile strength of the silver paste antenna is 9.9% higher than that of the copper foil antenna, and the normalized bending strength of the silver paste antenna is 9.9% higher than that of the copper paste antenna. The foil antenna is improved by 19.3%. The silver paste element can improve the mechanical properties of the antenna. (5) Finally, the combination of the antenna element with the dielectric surface and the tensile and bending fracture surface are observed by scanning electron microscopy. The bonding performance of the silver paste element with the substrate is better explained from the microscopic point of view. The angle indicates that the silver paste antenna has higher mechanical properties. In summary, the composite antenna has been successfully fabricated by screen printing process. The mechanical and electrical properties of the composite antenna are better than those of the copper foil antenna. The design and implementation of slotted antenna make it possible to widen the bandwidth of the microstrip antenna on the thin dielectric substrate, which further increases the bandwidth of the microstrip antenna. The combination of conductive paste radiation unit and textile provides a new idea for intelligent and multi-functional composite materials.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN820;TB33

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本文編號：2203102