專利名稱：薄膜式紅外-雷達波束合成器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外-雷達波束合成器。
背景技術(shù)：
隨著復(fù)合精確制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，紅外-雷達復(fù)合制導(dǎo)以其作用距離遠、制 導(dǎo)精度高、抗干擾能力強的優(yōu)點成為世界各國研制的熱點，與其相應(yīng)的仿真試 驗系統(tǒng)也成為世界各國研究的熱點，而紅外-雷達波束合成器又是仿真試驗系 統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，其作用是反射紅外波、透射雷達波，對于紅外信號要起到一 個反射鏡的作用，對于雷達信號起到透射的作用并且透過率要盡可能高，同時
保證對雷達波產(chǎn)生較小的IPD (插入相位延遲)，尤其是在雷達導(dǎo)引頭作用范 圍內(nèi)，不與雷達目標相互作用產(chǎn)生干擾，保證紅外動態(tài)模擬器和雷達模擬器疊 加，仿真出真實目標的紅外和雷達特性，為導(dǎo)引頭測試提供雙模即紅外與雷達 復(fù)合模擬目標。
國內(nèi)外現(xiàn)有的紅外-雷達波束合成器，為保證其平整性且長時間使用不發(fā) 生形變，其厚度均比較大，至少為35mm左右，在使用過程中對雷達波產(chǎn)生的 IPD都比較大，影響測試結(jié)果，雖然可以通過構(gòu)建一個校準系統(tǒng)對其進行矯正， 但在設(shè)計上仍然存在很大問題，技術(shù)不成熟。另外一方面為防止雷達波衍射現(xiàn) 象的發(fā)生，波束合成器的直徑應(yīng)為1000mm左右，其重量約為73Kg，且當模 擬大運動角度目標時，波束合成器尺寸需要更大，按照目前的技術(shù)水平，實現(xiàn) 起來有較大困難，由于重量過大，就不能采用波束合成器運動的方案，致使帶 動紅外模擬器運動的機構(gòu)比較復(fù)雜(需要有平動、轉(zhuǎn)動等運動方式相互協(xié)調(diào))、 目標運動范圍小、仿真效果差等缺點。另外，雷達波相對于波束合成器的入射 角度的變化帶來的IPD的變化也幾乎無法矯正，嚴重影響仿真測試精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的波束合成器對雷達波產(chǎn)生較大的IPD (插入相位延 遲)致使影響測試精度以及現(xiàn)有的波束合成器不能隨模擬器一起運動的問題， 提供了一種薄膜式紅外-雷達波束合成器。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是薄膜式紅外-雷達波束合成器， 所述波束合成器由固定調(diào)整機構(gòu)和波束合成薄膜組成，所述波束合成薄膜固裝 在固定調(diào)整機構(gòu)上。
本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明對雷達波產(chǎn)生的IPD小且能與紅外模擬 器一起運動，雷達波透過率高、紅外反射率高，完全能滿足仿真試驗的需要。 本發(fā)明對雷達波產(chǎn)生的IPD不大于0.8。，雷達波透過率可達99%以上，本發(fā)明
的總重量約為10Kg，紅外反射率達到90%以上，完全滿足實際測試使用要求。 本發(fā)明極好地完成了合成紅外和雷達波束的功能，解決了傳統(tǒng)波束合成器存在 的諸多問題。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是將本發(fā)明安裝在轉(zhuǎn)臺上的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是不同波長的雷達波在水平和垂直方向上的透過系數(shù)曲線圖(橫坐標是入 射角-單位是度，縱坐標是透過系數(shù)；Al是波長為375mm的雷達波水平透過系 數(shù)曲線，A2是波長為375mm的雷達波垂直透過系數(shù)曲線，A3是波長為196mm 的雷達波水平透過系數(shù)曲線，A4是波長為196mm的雷達波垂直透過系數(shù)曲線， A5是波長為16.7mm的雷達波水平透過系數(shù)曲線，A6是波長為16.7mm的雷達波 垂直透過系數(shù)曲線)；圖4是波長為196mm的雷達波在不同厚度的波束合成薄膜 上在水平和垂直方向上的IPD曲線圖(橫坐標是入射角-單位是度，縱坐標是雷 達波的IPD; Bl是厚度為0.4mm的介質(zhì)基底在垂直方向的IPD曲線，B2是厚度 為0.4mm的介質(zhì)基底在水平方向的IPD曲線，B3是厚度為0,3mm介質(zhì)基底在垂 直方向的IPD曲線，B4是厚度為0.3mm介質(zhì)基底在水平方向的IPD曲線，B5是 厚度為0.2mm介質(zhì)基底在垂直方向的IPD曲線，B6是厚度為0.2mm介質(zhì)基底在 水平方向的IPD曲線，B7是厚度為0.1mm介質(zhì)基底在垂直方向的IPD曲線，B8 是厚度為0.1mm介質(zhì)基底在水平方向的IPD曲線，B9是厚度為0.05mm介質(zhì)基底 在垂直方向的IPD曲線，B10是厚度為0.05mm介質(zhì)基底在水平方向的IPD曲 線)。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的薄膜式紅 外-雷達波束合成器由固定調(diào)整機構(gòu)和波束合成薄膜2組成，所述波束合成薄膜2固裝在固定調(diào)整機構(gòu)上。
具體實施方式
二本實施方式所述波束合成薄膜2的厚度為0.005mm lmm。為了減小水平和垂直方向上的IPD的值及其差值，波束合成器的厚度 應(yīng)該盡可能的減小。考慮到非金屬薄膜的加工工藝和加工水平以及在波束合成 器的固定過程中的綜合因素，在實際中波束合成器的最終厚度選擇在0.05mm。 其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述波束合成薄 膜2由介質(zhì)基底2-1、介質(zhì)反射膜層2-2組成，所述介質(zhì)反射膜層2-2貼附在 介質(zhì)基底2-l的外表面上。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式所述介質(zhì)基底2-l由聚四氟乙烯材料制成。 聚四氟乙烯材料的相對介電常數(shù)s為1.9，介電損耗角正切值tanS為0.0002， 完全滿足透射雷達波的需要，并且其制作成薄膜的工藝成熟且厚度精度高、工 作溫度范圍寬、膨脹系數(shù)隨溫度變化小，更主要的是其鍍膜性能好，膜層牢固 不易脫落。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五本實施方式所述介質(zhì)反射膜層2-2由若干層Ti02反射 膜層和若干層SiCb反射膜層組成，所述若干層Ti02反射膜層和若干層Si02 反射膜層交替貼附在一起形成介質(zhì)反射膜層2-2。波束合成薄膜2上的介質(zhì)反 射膜層所選擇的紅外反射膜層為TK)2和Si02多層交替鍍制的介質(zhì)反射膜，這 種膜層紅外反射率高、對雷達波傳輸影響小且膜層不易脫落。其它組成和連接 關(guān)系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖l說明本實施方式，本實施方式所述固定調(diào)整機 構(gòu)由固定夾緊件l、撐緊件3、調(diào)整件4組成，所述固定夾緊件1和撐緊件3平行 設(shè)置，波束合成薄膜2位于固定夾緊件1和撐緊件3之間；撐緊件3由撐緊筒體3-l 和撐緊外沿3-2組成，所述外沿3-2固設(shè)在筒體3-l的外側(cè)壁上，固定夾緊件l由 筒體l-l和外沿l-2組成，所述外沿1-2固設(shè)在筒體1-1的外側(cè)壁上，在筒體l-l側(cè) 壁上開有通孔l-3，所述波束合成薄膜2的周邊穿過通孔1-3固裝在固定夾緊件1 上，所述撐緊筒體3-l的一個端面與波束合成薄膜2的一個端面接觸連接，所述 撐緊外沿3-2和外沿l-2通過調(diào)整件4連接。所述調(diào)整件4是調(diào)整螺釘。固定調(diào)整 機構(gòu)由具有高的結(jié)構(gòu)強度、低相對介電常數(shù)、低介電損耗角正切值的玻璃鋼材料加工而成，其圓周上均布六個調(diào)整螺釘是由尼龍材料制成的，尼龍對雷達波 的影響也比較小，滿足仿真測試要求。固定調(diào)整機構(gòu)選用的非金屬材料除應(yīng)具 有高的結(jié)構(gòu)強度以外還應(yīng)該具有低介電常數(shù)S (—般取1 4)、低介電損耗角正
切值tan5 (—般取10" 10力，這樣就對雷達波有較好的透過性能，減少支撐 結(jié)構(gòu)對雷達波的反射給測試帶來的影響，且長時間使用的形變量要小，如玻璃 鋼等。其它組成和連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七結(jié)合圖l和圖2說明本實施方式，本實施方式是將本發(fā) 明(薄膜式紅外-雷達波束合成器12)安裝在轉(zhuǎn)臺上的一個實施例，本發(fā)明在 工作時將紅外目標模擬器13發(fā)出的紅外光線14反射，將雷達目標模擬器15 發(fā)出的雷達波束16透射，并最終將兩束光疊加，為復(fù)合導(dǎo)引頭ll測試提供雙 模即紅外與雷達復(fù)合模擬目標，并且在二軸轉(zhuǎn)臺18的帶動下仍能完成上述功 能。本發(fā)明(薄膜式紅外-雷達波束合成器12)通過其上的固定調(diào)整機構(gòu)進行 固定調(diào)整并連接，使本發(fā)明可以與紅外目標模擬13—起運動，固定調(diào)整機構(gòu) 作用是使薄膜式紅外-雷達波束合成器保持平整，平整度應(yīng)滿足復(fù)合導(dǎo)引頭的 紅外部分測試的使用要求，即一方面其平整性對紅外成像質(zhì)量影響要小，另外 一方面其平整性在其隨二軸轉(zhuǎn)臺18 —起運動時發(fā)生的變化要小，不能影響導(dǎo) 引頭的測試。本發(fā)明與二軸轉(zhuǎn)臺之間的連接材料為玻璃鋼板，玻璃鋼板兩側(cè)采 用十字拉筋加固，兩端有連接底座。在整套轉(zhuǎn)臺中，二軸轉(zhuǎn)臺和紅外動態(tài)模擬 器外框為金屬材料，為了減小其表面對雷達波的影響，在對雷達波有影響的金 屬表面進行吸波處理。吸波表面以聚氨酯泡沫做基底，表面面型處理成由多個 小金字塔形狀的非平表面，并在其上涂石墨作為吸波表面。對復(fù)合導(dǎo)引頭11 的測試可以采用五軸臺的測試方案，即復(fù)合導(dǎo)引頭11安裝在三軸轉(zhuǎn)臺17上， 紅外目標模擬器13和薄膜式紅外-雷達波束合成器共同安裝在二軸轉(zhuǎn)臺18上， 三軸轉(zhuǎn)臺17和二軸轉(zhuǎn)臺18繞共同的轉(zhuǎn)動中心旋轉(zhuǎn)。由于薄膜式波束合成器與 傳統(tǒng)的波束合成器相比，重量大大減輕，可以實現(xiàn)五軸臺的測試方案，解決了 波束合成器不能運動帶來的諸多影響測試和仿真的問題，保證雷達波進入波束 合成器的入射角度始終不發(fā)生變化，即不產(chǎn)生由此帶來的IPD，實現(xiàn)了模擬大 角度運動范圍的運動目標的目的，達到了良好的仿真測試效果。
工作原理薄膜式波束合成器對雷達波水平和垂直兩個振動方向上的透過率T可根據(jù) 公式(1)和(2)進行計算
<formula>formula see original document page 7</formula> ) 其中，e雷達波進入波束合成器的入射角；
s波束合成器的相對介電常數(shù)；
d波束合成器的厚度(單位是mm);
人為空氣中的雷達波波長(單位是mm)。 由公式(1)和(2)可得，雷達波的透過率與雷達波進入波束合成器 的入射角e、波束合成器的相對介電常數(shù)s、波束合成器的厚度d和空氣中雷 達波的波長X有關(guān)。雷達波的頻率按照范圍0.8 18GHz來計算，其波長范圍 可根據(jù)公式(3)進行計算。
i=c/f (3) 其中，c為雷達波的傳播速度即光速為3xl()Sm/s;
f為雷達波的頻率(單位是Hz)。 將雷達波的頻率帶入到公式(3)，計算得出雷達波的波長范圍為 16.7mm 375mm。波束合成器的相對介電常數(shù)￡按照1.9計算，波束合成 器的厚度d按照0.05mm進行計算，通過公式(1)和(2)對不同入射角 度在波長分別為16.7mm、 196mm (中心波長)和375mm時，對水平和 垂直方向上透過系數(shù)變化，結(jié)果如圖3所示。
從圖3可以看出，透過率隨著雷達波的波長的減小(頻率的增大)逐 漸減小，水平和垂直振動方向上的透過率隨著波長的減小(頻率的增大) 和入射角的增加差異逐漸變大。因此，雷達波進入波束合成器的入射角可 根據(jù)實際使用的雷達波的波長范圍等因素進行調(diào)整。薄膜式波束合成器對雷達波水平和垂直兩個振動方向上產(chǎn)生的IPD可
根據(jù)公式(4)和(5)進行計算。 "(scos^-Vs-sin2 0)2
<formula>formula see original document page 8</formula>(4 )
<formula>formula see original document page 8</formula> (5 )
其中，e為雷達波入射角；
s為波束合成器的相對介電常數(shù)；
d為波束合成器的厚度(單位是mm);
X為空氣中的雷達波波長(單位是mm)。 通過公式(4)和(5)對不同厚度的波束合成器在波長為196mm (中 心波長)時，對水平和垂直振動方向上產(chǎn)生的IPD進行計算，結(jié)果如圖4 所示。
由圖4可得，隨著波束合成器厚度的增加，對水平和垂直振動方向上 產(chǎn)生的IPD值也逐漸增加，因此，為了減小水平和垂直方向上的IPD的值及 其差值，波束合成器的厚度應(yīng)該盡可能的減小，考慮到目前非金屬薄膜的 加工工藝和加工水平以及在波束合成器的固定過程中的綜合因素，波束合 成器的最終厚度選擇在0.05mm。
在實際研制過程中，薄膜式波束合成器的非金屬薄膜應(yīng)選擇雷達波透
射性能好的材料，材料的介電常數(shù)s值一般取1 4，而介電損耗角正切
tanS的值取10" 1()4數(shù)量級為好，紅外反射膜也應(yīng)為非金屬材料，為進
一步提高紅外反射率，采用多層鍍膜更佳。且波束合成器的厚度應(yīng)均勻， 以減小其產(chǎn)生的測試誤差。
權(quán)利要求
1. 一種薄膜式紅外-雷達波束合成器，其特征在于所述波束合成器由固定調(diào)整機構(gòu)和波束合成薄膜(2)組成，所述波束合成薄膜(2)固裝在固定調(diào)整機構(gòu)上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜式紅外-雷達波束合成器，其特征在于所述 波束合成薄膜(2)的厚度為0.005mm lmm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的薄膜式紅外-雷達波束合成器，其特征在于 所述波束合成薄膜(2)由介質(zhì)基底(2-1)、介質(zhì)反射膜層(2-2)組成，所述 介質(zhì)反射膜層(2-2)貼附在介質(zhì)基底(2-1)的外表面上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜式紅外-雷達波束合成器，其特征在于所述 介質(zhì)基底(2-1)由聚四氟乙烯材料制成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄膜式紅外-雷達波束合成器，其特征在于所述 介質(zhì)反射膜層(2-2)由若干層Ti02反射膜層和若干層Si02反射膜層組成，所 述若干層Ti02反射膜層和若干層Si02反射膜層交替貼附在一起形成介質(zhì)反射 膜層(2-2)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜式紅外-雷達波束合成器，其特征在于所述 固定調(diào)整機構(gòu)由固定夾緊件(1)、撐緊件(3)、調(diào)整件(4)組成，所述固定 夾緊件(1)和撐緊件(3)平行設(shè)置，波束合成薄膜(2)位于固定夾緊件(1) 和撐緊件(3)之間；撐緊件(3)由撐緊筒體(3-1)和撐緊外沿(3-2)組成， 所述外沿(3-2)固設(shè)在筒體(3-1)的外側(cè)壁上，固定夾緊件(1)由筒體(1-1) 和外沿(1-2)組成，所述外沿(1-2)固設(shè)在筒體(1-1)的外側(cè)壁上，在筒體(1-1)側(cè)壁上開有通孔(1-3)，所述波束合成薄膜(2)的周邊穿過通孔(1-3) 固裝在固定夾緊件(1)上，所述撐緊筒體(3-1)的一個端面與波束合成薄膜 (2)的一個端面接觸連接，所述撐緊外沿(3-2)和外沿(1-2)通過調(diào)整件 (4)連接。
全文摘要
薄膜式紅外-雷達波束合成器，它涉及一種紅外-雷達波束合成器。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的波束合成器對雷達波產(chǎn)生較大的IPD(插入相位延遲)致使影響測試精度以及現(xiàn)有的波束合成器不能隨模擬器一起運動的問題。本發(fā)明所述波束合成器由固定調(diào)整機構(gòu)和波束合成薄膜(2)組成，所述波束合成薄膜(2)固裝在固定調(diào)整機構(gòu)上。本發(fā)明對雷達波產(chǎn)生的IPD小且能與紅外模擬器一起運動，雷達波透過率高、紅外反射率高。
文檔編號G01S7/00GK101303407SQ20081006460
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者康為民 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)