[發明專利]一種復合材料螺旋天線及其制備方法

在審

• 申請號: 202010181098.0
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111355010A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 白江波;劉天偉
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01Q1/08
• 分類號: H01Q1/08;H01Q1/36;B32B1/08;B32B15/14;B32B27/12;B32B33/00
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本發明提供一種復合材料螺旋天線，由復合材料和芯模構成。復合材料螺旋天線整體外觀呈螺旋狀，橫截面分為兩部分，內層是芯模，外層是復合材料外層。復合材料螺旋天線在沿中心線方向上具有大變形能力，在復合材料螺旋天線兩端沿著中心線施加軸向壓縮載荷，螺距減小，實現折疊功能，撤去壓縮載荷，利用復合材料螺旋天線儲存的應變能迅速恢復至初始構型，實現展開功能。一種復合材料螺旋天線的制備方法，主要有五大步驟。芯模具有三個作用。本發明的復合材料螺旋天線具有性能優越、結構簡單、成本低廉、質量輕、剛度大、耐腐蝕、可靠性高的優點。此外，本發明的制備方法操作也比較簡單，因此，本發明有非常好的工程應用價值。

技術領域

本發明提供一種復合材料螺旋天線及其制備方法，屬于復合材料結構設計與制造技術領域。

背景技術

導航定位系統在民用及軍事領域中的應用越來越廣泛。通信、雷達、導航、廣播等無線電技術設備，都是通過無線電波來傳遞信息的。用來發射和接收無線電波的裝置稱為天線。螺旋天線由于其寬頻帶、寬波瓣及良好的圓極化特性等特點，已成為導航定位系統領域的研究熱點。目前，傳統的螺旋天線多以金屬材料進行制備，這種金屬材質的螺旋天線雖然具有較好的彈性剛度和較高的強度，但由于質量較大，不能很好地滿足輕量化的應用需求。同時，金屬材質的螺旋天線存在制備工藝復雜和生產成本較大等問題。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性性能優良、耐化學腐蝕等特點，各個組成材料在性能上起協同作用，具有單一材料無法比擬的優越綜合性能，目前已廣泛應用在航空航天等領域中。因此，為解決傳統的螺旋天線存在的問題，本發明提供一種復合材料螺旋天線及其制備方法，復合材料螺旋天線具有性能優越、結構簡單、成本低廉、質量輕、剛度大、耐腐蝕、可靠性高的優點。此外，本發明的復合材料螺旋天線的制備方法操作也比較簡單，因此，本發明有非常好的工程應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合材料螺旋天線及其制備方法，以解決傳統的螺旋天線存在質量較大、制備工藝復雜和生產成本較大等問題。

本發明所采用的技術方案如下：

1)本發明提供一種復合材料螺旋天線，由復合材料外層和芯模構成。復合材料螺旋天線整體外觀呈螺旋狀，橫截面分為兩部分，外層是復合材料外層，內層是芯模。復合材料外層的組分為增強材料和聚合物材料，芯模的材質為金屬材料或聚合物材料。本發明的復合材料螺旋天線在沿中心線方向上具有大變形能力，在復合材料螺旋天線兩端沿著中心線施加軸向壓縮載荷，螺距減小，實現復合材料螺旋天線折疊功能，撤去壓縮載荷，利用復合材料螺旋天線儲存的應變能迅速恢復至初始構型，實現復合材料螺旋天線展開功能。在復合材料螺旋天線大變形折疊過程中，芯模具有支撐的作用，保證復合材料外層不發生局部屈曲失效。

2)本發明提供一種復合材料螺旋天線的制備方法，其制備步驟如下：

步驟一、確定用于制備本發明的復合材料螺旋天線的組分，即聚合物材料和增強材料。同時確定芯模的材料，即金屬材料或聚合物材料。

步驟二、在芯模上將選用的增強材料進行一體化編織形成復合材料外層。

步驟三、確定復合材料螺旋天線的固化成型方法。

步驟四、將編織好的帶有芯模的復合材料外層沿著螺旋線凹槽纏繞在圓柱模具上進行固化成型。

步驟五、將固化成型后的復合材料螺旋天線從圓柱模具上取下來，最終得到了本發明的復合材料螺旋天線。

其中，步驟一中所述的“聚合物材料”為環氧樹脂、苯乙烯、苯乙烯-丁二烯、反式聚異戊二烯、氰酸酯、聚氨酯、聚降冰片烯、聚酰亞胺、雙馬來酰亞胺、聚酰胺、聚苯硫醚、聚芳醚酮、聚乙烯醇，增強材料為碳纖維、玻璃纖維、Kevlar纖維、硼纖維、植物纖維或以上纖維織物或以上纖維的短切纖維。