專利名稱：一種曲面微帶天線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬通訊技術領域，是一種曲面微帶天線的制作方法。
曲面微帶天線簡稱曲面天線，一般是指由以旋轉曲面體為基體的微帶天線，例如球面天線、拋物面天線、錐形天線等。曲面天線，尤其是錐形天線是由于其優(yōu)良的性能在衛(wèi)星通訊、運載火箭測控通訊、飛船等領域有著廣泛的應用。
目前，錐形天線的制作一般采用薄膜工藝，它利用錐體表面展開為平面的特性，將螺旋線圖形用照相制成平面的掩膜，然后包裹在經沉銅工藝后涂上光刻膠的錐形基本上，加上有機玻璃外罩，在紫外光下曝光，經顯影、刻蝕、去膜、電鍍金等工藝過程，制作出符合設計要求的錐形天線。用上述方法制作天線，工藝步驟復雜，掩膜拼接困難，常有縫隙出現，甚至發(fā)生螺旋線錯位，影響天線質量，而且制作工期長，一般需要一個星期。產品合格率也較低。
本發(fā)明的目的在于提出一種可簡化制作工藝，縮短制作周期，提高產品合格率的曲面天線制作方法。
本發(fā)明提出的曲面天線制作方法如下根據曲面天線的設計要求，確定旋轉曲面基體的幾何尺寸、螺旋線的臂數n、相位差δ，矢徑長度ρ0，以及天線的纏繞角α。用機械加工等方法制作旋轉曲面基體，材料可用聚四氟乙烯，先對基體進行表面活化處理，然后按照天線的設計圖形，用激光直接對經表面活化的基體進行刻蝕，以去除不需要沉積金屬部分(即螺旋線形以外)的活化物質，制作出螺旋線圖形，最后用膠體鈀活化、解膠、化學鍍銅和電鍍金，即得所需要的曲面形天線。
上述方法中，用激光刻蝕基體上螺旋線的過程由計算機控制，以確保精度。即在激光掃描系統中，將經過表面活化處理的基體放置于三維工作臺上，三維工作臺可由x-y平臺和旋旋臺組成，基體母線沿x軸方向，x-y平臺控制基體在x，y方向的平面運動，旋轉臺控制基體繞中心軸轉動。旋轉臺的旋轉軸與水平方向的夾角在0～90°范圍可調，以適應對不同基體的激光刻蝕的需要。根據曲面天線的各種參數，由計算機控制三維工作臺的運動和聲光開關，使之刻蝕出符合設計要求的螺旋線圖形。其激光掃描系統如

圖1所示。
本發(fā)明中用激光刻蝕基體表面活化物質，是利用激光能量將活化物質碳化分解。當激光功率密度較小時，就需要激光束在一點上停留較長時間，以便積聚足夠的能量，使活化物質分解，當激光功率密度較大時，激光束停留的時間可以縮短，即掃描速度可加快。由此可見，激光掃描速度與激光功率密度大小有關，而激光功率密度是由激光器的功率及靶面激光的斑點直徑大小決定。因此，激光器的功率、激光束在靶面的斑點直徑大小以及激光掃描速度三者之間存在相互依存、相互制約的關系。本發(fā)明中，根據螺旋線圖形制作精度的要求和x-y平臺的驅動情況(步進電機驅動)，選擇激光掃描速度(即工作平臺的運動速度)為1-4mm/秒，激光器的靶面功率為0.3-3W，激光束斑點直徑為5-50μ。
本發(fā)明中，基體上的螺旋線如圖2所示。其中陰影部分為螺旋線。螺旋線的方程為(對錐形基體而言)；ρ=ρ0exp(sinθ0tgαψ)]]>在實際使用中，螺旋線有一定的寬度，需要制作的螺旋線為下述曲線圍成的區(qū)域(即圖2中的陰影部分)ρ1=ρ0exp(sinθ0tgαψ)]]>ρ2=ρ0exp(sinθ0tgα(ψ-δ)]]>式中θ0為1/2圓錐角，ρ0為圓錐頂點到天線頂部分的矢徑長，ρ1，ρ2為圓錐頂點分別到螺旋線上邊緣和下邊緣的矢徑長，α為天線的纏繞角，δ為相位差。
當ρ0，α，θ0確定后，錐形天線上的螺旋線寬由相信差δ決定。在用激光制作螺旋圖形時，由計算機控制x-y平臺和旋轉臺，激光束沿錐體母線方向(即x方向)進行掃描，并控制聲光開關的開啟與關閉。激光掃描過程中，當激光處于圖2中A、B、C區(qū)域(即螺旋形天線)時，聲光開關關閉，保留錐形表面的活化物質，而在其它區(qū)域時，聲光開關開啟，激光掃描該區(qū)域，將錐體表面的活化物質刻蝕掉，從而在錐體表面制作出螺旋線圖形。
本發(fā)明中，對基體上螺旋線圖形的化學鍍銅與電鍍金工藝與通常的工藝相同。
由本發(fā)明提出的激光刻蝕工藝制作的曲面天線，其鍍層與基體的結合力達到0.4-0.7kg/mm2，邊緣清晰度與掩膜法制得的錐形天線相當。而本發(fā)明方法避免了掩膜法中拼接所造成的縫隙和螺旋線位差。大大改善了天線的質量性能，此外，本發(fā)明方法使天線制作周期大大縮短，即由1周縮短為1天，產品的成品率也大為提高。
下面結合實施例和附圖進一步描述本發(fā)明。
圖1為激光刻蝕曲面天線工作示意2為錐形天線示意圖其中1為旋轉曲面基體，2為三維工作臺，3為激光器，4為步進電機，5為控制計算機，6為聲光開關，7為聲光開關控制電源，8為聚焦鏡。
實施例，制作錐形天線，根據錐形天線的設計要求，確定錐形基體的幾何尺寸，用聚四氟乙烯材料機械加工錐形基體，加工精度為±10μ。對錐體表面進行活化處理。然后將錐體置于激光掃描系統的三維工作臺，將錐體的幾何尺寸及螺旋線的參數螺旋線臂數n，相位差δ，纏繞角α，矢徑長度ρ0等，輸入計算機，計算機中編制有相應的控制和操作程序，使計算機按照錐體螺旋線的圖形，控制聲光開關和三維工作臺的運動。激光器采用鎢盤氬離子激光器，光路中，反射鏡對波長為480-540mm的光，反射率達到96％以上，聚焦鏡的焦距為20mm，聲光開關輸出的零級光占60％左右，一級光占40％，三維工作臺由x-y平臺與旋轉臺組成，由步進電機作為動力源，步進電機的起動速度為1mm/s，最大運行速度為5mm/s，分辨率為2.5μm，位移精度為1μm，行程150×300(mm)。激光掃描速度為2.5mm/秒，激光器的靶面功率為0.4W，激光束斑點直徑為50μ。按照圖2所示，對其非陰影部分，用激光進行掃描刻蝕，去除不需要沉積金屬部分的活化物質，制得螺旋線圖形(未去除活化物質的部分)。然后，用通常的工藝在活化的螺旋線上沉積金屬，即鍍銅和電鍍金，具體步驟如下用丙酮超聲波除油，膠體鈀活化，解膠，蒸餾水超聲波清洗，化學鍍銅，再用蒸餾水超聲波清洗，用10wt％H2SO4去除氧化銅，再用蒸餾水超聲波清洗，最后電鍍金。
其中，膠體鈀活化工藝中，其活化液配方及操作條件為氯化鈀0.25g/l，鹽酸(37％)10ml/l，氯化亞錫3.2g/l，錫酸鈉0.5g/l，氯化鈉250g/l，尿素50g/l，操作溫度室溫，時間2-3分鐘，PH0.7-0.8。
活化處理后，在基材表面吸附著以鈀粒子為核心，在鈀核周圍具有堿式錫酸鹽的膠體化合物。在化學鍍銅前，應將堿式錫酸鹽去除，即解膠處理，使活性的鈀晶核充分暴露出來，從而使鈀晶核具有非常強而均勻的活性。經過解膠處理，再進行化學鍍銅，不但可提高膠體鈀的活性，而且也可顯著提高化學鍍銅層與基材之間的結合強度。解膠處理液采用5％的氫氧化鈉水溶液，在室溫下處理1-3分鐘。
化學鍍銅的配方及工作條件如下硫酸銅10g/l，EDTA二鈉鹽40g/l氫氧化鈉12g/l，亞鐵氰化鉀0.1g/l，聯吡啶0.01g/l，甲醛10g/l。工作溫度50-60℃，沉積速率4-5μm/h，PH值12-12.5。
電鍍金的配方及工作條件為金(以氰化金鉀形式加入)6-16g/l，磷酸二氫鉀(KH2PO4)10g/l，磷酸氫二鉀(K2HPO4)40g/l。工作溫度32-54℃，PH值6.5-7。
由上述方法制得的錐形天線，不存在拼接縫隙和螺旋線位差，精度大大提高。制作周期只需一天時間。螺旋線邊緣清晰度完全符合設計要求，鍍層與基體的結合力強，經焊接測試三點，結果為一點為4mm2，拉力牢度大于3.5kg；一點為6mm2，拉力牢度大于2.4kg；一點為8mm2，拉力牢度大于3.5kg。
權利要求
1.一種曲面天線的制作方法，根據曲面天線的設計要求，確定基體的幾何尺寸，螺旋線臂數n，相位差δ，矢徑長度ρ0，天線纏繞角α，制作旋轉曲面基體，其特征在于先對基體進行表面活化處理，然后按照天線的設計圖形，用激光直接對經表面活化處理的基體進行刻蝕，制作出螺旋線圖形，最后進行化學鍍銅和電鍍金，激光刻蝕過程電計算機控制。
2.根據權利要求1所述的曲面天線的制作方法，其特征在于激光刻蝕螺旋線圖形時，激光掃描速度控制范圍為1-4mm/秒，激光器的靶面功率為0.3-3.0w，激光束斑點直徑為5-50μ。
3.根據權利要求1或2所述的曲面天線的制作方法，其特征在于膠體鈀活化工藝中活化液配方及操作條件為氯化鈀0.25g/l，鹽酸(37％)10ml/l，氯化亞錫3.2g/l，錫酸鈉0.5g/l，氯化鈉250g/l，尿素50g/l，操作溫度室溫，時間2-3分鐘，PH0.7-0.8。
4.根據權利要求3所述的曲面天線的制作方法，其特征在于解膠處理液采用5％的氫氧化鈉水溶液，在室溫下處理1-3分鐘。
5.根據權利要求4所述的曲面天線的制作方法，其特征在于化學鍍銅的配方及工作條件如下硫酸銅10g/l，EDTA二鈉鹽40g/l，氫氧化鈉12g/l，亞鐵氰化鉀0.1g/l，聯吡啶0.01g/l，甲醛10g/l，工作溫度50-60℃，沉積速率4-5μm/h，PH12-12.5。
6.根據權利要求5所述的曲面天線的制作方法，其特征在于電鍍金的配方及工作條件為金6-16g/l，磷酸二氫鉀10g/l，磷酸氫二鉀40g/l，工作溫度32-54℃。PH6.5-7。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種曲面微帶天線的制作方法,先對基體進行表面活化處理,然后按照天線設計圖線,在計算機控制操作下,用激光刻蝕工藝,制作出螺旋線圖形,最后經膠體鈀活化、解膠、化學鍍銅、電鍍金工藝,制得所需曲面天線。本發(fā)明避免了掩膜工藝的局限性,大大縮短了制作周期,提高了天線的質量和成品率。
文檔編號H01Q1/36GK1202023SQ9811094
公開日1998年12月16日 申請日期1998年7月9日 優(yōu)先權日1998年7月9日
發(fā)明者葉勻分, 朱榮林, 王思培, 陳持平, 王志宏, 祝曄南 申請人:復旦大學, 上海航天測控通信研究所