用于浮空器的囊體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及用于浮空器的囊體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天、導(dǎo)航制導(dǎo)等領(lǐng)域的科技水平的高速發(fā)展，對(duì)電子系統(tǒng)的體積、重量、性能的要求越來(lái)越高。由于雷達(dá)、導(dǎo)航設(shè)備等各種復(fù)雜電子設(shè)備的使用，現(xiàn)代飛行器采用了大量天線系統(tǒng)。
[0003]對(duì)于浮空氣球、飛艇等浮空器而言，其用于通信的天線通常設(shè)置于浮空器的吊艙內(nèi)。然而，對(duì)于浮空器而言，其載荷空間和載荷重量都是非常有限的，天線的設(shè)置無(wú)疑增加了其載荷設(shè)置難度；尤其對(duì)于平流層浮空器，需要在平流層長(zhǎng)期停留，過(guò)重的載荷也會(huì)影響其在平流層停留時(shí)間。
[0004]因此，本領(lǐng)域亟需一種改進(jìn)的用于浮空器的囊體裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡(jiǎn)要概述以提供對(duì)這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡(jiǎn)化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于浮空器的囊體裝置，包括:
[0007]囊體；以及
[0008]天線單元，該天線單元包括:
[0009]超材料結(jié)構(gòu)，該超材料結(jié)構(gòu)與該囊體形成一體；以及
[0010]饋源，該饋源設(shè)置在浮空器內(nèi)部并朝該超材料結(jié)構(gòu)定向。
[0011]在一實(shí)例中，該超材料結(jié)構(gòu)包括形成在該囊體的內(nèi)表面、外表面或內(nèi)部的至少一層的人造微結(jié)構(gòu)。
[0012]在一實(shí)例中，該囊體包括由外至內(nèi)依次層疊設(shè)置的防護(hù)層、氣密層、載荷承力層，將上述多層相互粘結(jié)的黏結(jié)層，以及設(shè)置于載荷承力層表面的焊接層。
[0013]在一實(shí)例中，該人造微結(jié)構(gòu)設(shè)置于防護(hù)層、氣密層、載荷承力層或焊接層表面。
[0014]在一實(shí)例中，該人造微結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
[0015]在一實(shí)例中，該人造微結(jié)構(gòu)通過(guò)蝕刻、電鍍、雕刻、蒸鍍、濺射、絲印、鉆刻、光刻、電子刻或離子刻工藝進(jìn)行附著。
[0016]在一實(shí)例中，該超材料結(jié)構(gòu)包括多層的人造微結(jié)構(gòu)及該多層的人造微結(jié)構(gòu)之間的基板，該多層的人造微結(jié)構(gòu)和基板通過(guò)熱壓工藝層疊在一起。
[0017]在一實(shí)例中，該載荷承力層為芳綸纖維、滌綸纖維或PBO。
[0018]在一實(shí)例中，該氣密層的材料為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯或乙烯-乙烯醇共聚物。
[0019]在一實(shí)例中，該防護(hù)層為聚氟乙烯膜或含氧化鋅的熱塑性聚氨酯。
[0020]在一實(shí)例中，該焊接層的材料為聚酯類、聚醚類或聚氨酯類黏結(jié)劑。
[0021]在一實(shí)例中，該饋源通過(guò)碳纖維饋源支桿或充氣式氣囊饋源支桿固定在該囊體內(nèi)部以朝該超材料結(jié)構(gòu)定向。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的用于浮空器的囊體裝置，天線的人造微結(jié)構(gòu)與囊體共形設(shè)置，饋源設(shè)置于囊體內(nèi)部，取代了現(xiàn)有技術(shù)在設(shè)置吊艙內(nèi)的獨(dú)立的天線，節(jié)省了吊艙的空間。另外，天線由于在充氣并平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的形狀不變，所以無(wú)需設(shè)置對(duì)超材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行定型的硬質(zhì)結(jié)構(gòu)以及支撐超材料結(jié)構(gòu)的底座等結(jié)構(gòu)，大大減輕了天線的重量。
【附圖說(shuō)明】
[0023]在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。
[0024]圖1是示出了常規(guī)的超材料平板透射天線的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的透射式超材料天線的原理圖；
[0026]圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的具有圖2的透射式超材料天線的囊體裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖4是圖3中的囊體裝置的多層結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述。注意，以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍進(jìn)行任何限制。
[0029]超材料由介質(zhì)基板和設(shè)置在基板上的人造微結(jié)構(gòu)組成，可以提供各種普通材料不具有的特性。人造微結(jié)構(gòu)在大小1/5到1/10個(gè)波長(zhǎng)的尺度下，對(duì)外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)具有電響應(yīng)和磁響應(yīng)，從而表現(xiàn)出等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率。而且，人造微結(jié)構(gòu)的等效介電常數(shù)和等效磁導(dǎo)率可通過(guò)設(shè)計(jì)人造微結(jié)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)來(lái)人為地控制。例如，通過(guò)設(shè)計(jì)每個(gè)導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)的圖案和/或尺寸并將導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)按一定規(guī)律排布，使得材料整體的電磁參數(shù)呈一定規(guī)律排布。規(guī)律排布的電磁參數(shù)使得超材料對(duì)電磁波具有宏觀上的響應(yīng)，例如，匯聚電磁波、發(fā)散電磁波、吸收電磁波等。從而，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出具有期望輻射特性的超材料天線。實(shí)踐中，一般根據(jù)天線的空間輻射特性，計(jì)算出超材料天線上每個(gè)位置處所需要的電磁參數(shù)，進(jìn)而通過(guò)仿真軟件反向計(jì)算出該處導(dǎo)電微結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)。
[0030]圖1示出了一種常規(guī)的超材料平板透射天線100的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該超材料平板透射特性100主要包括超材料結(jié)構(gòu)110和饋源120兩部分。饋源120作為天線的能量源，用作天線的初級(jí)輻射器，向超材料結(jié)構(gòu)110提供電磁波照射。常規(guī)的，饋源120可由饋源喇叭、移相器、圓矩變換器等組成。電磁波透射經(jīng)過(guò)超材料結(jié)構(gòu)110之后，實(shí)現(xiàn)電磁波的匯聚，形成平面波以向外發(fā)射。
[0031]超材料結(jié)構(gòu)110包括基板111和位于基板111上的微結(jié)構(gòu)112。如超材料技術(shù)領(lǐng)域的人員所知的，這里的微結(jié)構(gòu)112可以是一系列的導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)，這些導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的大小在1/5到1/10個(gè)波長(zhǎng)的尺度。根據(jù)超材料結(jié)構(gòu)110所需要呈現(xiàn)的電磁特性，來(lái)設(shè)計(jì)這些導(dǎo)電幾何結(jié)構(gòu)的形狀并使其按特定規(guī)律排布。
[0032]通過(guò)計(jì)算指定位置處的初級(jí)饋源空間輻射特性，可以獲得超材料結(jié)構(gòu)110平面在饋源120 —側(cè)各位置處的電磁波相對(duì)相位分布Ph1-1nfti，Zi)，坐標(biāo)(Xi, Zi)代表超材料結(jié)構(gòu)110平面上任意一點(diǎn)位置的坐標(biāo)，其中超材料結(jié)構(gòu)110所在平面為X-Z平面。根據(jù)透射后所需要的電磁波傳播方向，可以計(jì)算出超材料結(jié)構(gòu)110平面背離饋源120 —側(cè)各位置處的電磁波相對(duì)相位分布Ph1-out (Xi, Zi)。由此可計(jì)算出超材料結(jié)構(gòu)110平面上每一位置處的相位差 Delta-Phi (Xi, Zi) = Ph1-out (Xi, Zi) 一 Ph1-1n (Xi, Zi)。根據(jù)該相位差，可以計(jì)算出超材料結(jié)構(gòu)110平面上每一位置處所需的電磁參數(shù)。進(jìn)而通過(guò)CST Microwave Stud1等計(jì)算軟件可以反向計(jì)算出在各位置處的微結(jié)構(gòu)。此為超材料天線設(shè)計(jì)的一般性步驟，在此不再贅述。
[0033]平面的設(shè)計(jì)能夠有效地解決拋物面天線無(wú)法共形、折疊的問(wèn)題。但平面形態(tài)無(wú)法在具備弧形表面的氣球、飛艇等設(shè)備中取得共形效果，需要額外設(shè)計(jì)搭載平臺(tái)，不利于一體化設(shè)計(jì)。
[0034]圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的透射式超材料天線200的原理圖。如圖2所示，該透射式超材料天線200可包括超材料結(jié)構(gòu)210和饋源220。浮空器的外表面通常呈曲面而非平面，例如氣球、飛艇等簡(jiǎn)易浮空器的外表面往往呈弧形。為了能夠與這些浮空器的表面共形，超材料結(jié)構(gòu)210被設(shè)計(jì)成非平面，例如圖2所示的曲面形狀。
[0035]與平面設(shè)計(jì)不同，為達(dá)到相同的平面波出射效果，這種曲面天線需要在超材料結(jié)構(gòu)210面上任意位置處計(jì)算前后光程差值和相位差。以圖中考察點(diǎn)A為例，電磁波由饋源220經(jīng)超材料結(jié)構(gòu)210面考察點(diǎn)A達(dá)到參考面過(guò)程中經(jīng)歷的總路程為L(zhǎng)(X，Y, Z)=L-1n(X, Y, Z)+L-out (X, Y, Z)，該數(shù)值在超材料結(jié)構(gòu)210曲面上每一點(diǎn)處各不相同，即相位延遲不同。為了電磁波匯聚為平面波，需要考慮該相位延遲。因此，在超材料結(jié)構(gòu)210曲面上取以固定點(diǎn)作為參考，其余每