曲面頻率選擇面雷射刻蝕方法
2023-07-10 03:25:41 1
專利名稱：曲面頻率選擇面雷射刻蝕方法
技術領域：
本發明屬於微波通信領域，涉及一種曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型的建立方法，應用於星載多饋源多頻段天線系統中。
背景技術：
隨著衛星通信的發展，頻率選擇反射器成為近年來發展較快的星載天線部件之一。雷射刻蝕具有無接觸、無需模具、清潔、精度高、方便實行數控等特點，且該工藝對反射器重量幾乎沒有增加，因此被認為是星載頻率選擇反射器加工的最為理想的手段。
雷射刻蝕技術通過具有聯動功能的雷射刻蝕頭可對任意複雜三維曲面上金屬薄膜、按照設計的圖形進行精確定位及精密刻蝕成型，其優點是金屬薄膜圖形的定位及加工精度高。但在雷射刻蝕前需要對頻率選擇面進行準確的模型建立，作為刻蝕過程中雷射頭行進的輸入依據。模型建立的準確性直接影響著曲面頻率選擇反射器的電性能特性。頻率選擇面是由完全相同的單元沿二維方向周期排列而成的(如圖I所示)，在星載卡塞格倫式雙反射面天線中，有時需要副反射器具有頻率選擇功能，而副反射器往往是橢球面或雙曲面上的一部分(如圖2所示)，在曲面上對周期結構進行建模並且不破壞其頻率選擇性能是非常困難的。
發明內容
本發明的技術解決問題克服現有技術的不足，提出了頻率選擇單元在曲面反射器上的投影方法，為頻率選擇面的雷射刻蝕提供了有效的輸入模型，提高了刻蝕效率。本發明的技術解決方案曲面頻率選擇面雷射刻蝕方法，所述的雷射刻蝕方法首先需要建立曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型，然後將建立的曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型輸入至雷射刻蝕系統，作為雷射頭行進的依據，由雷射頭進行刻蝕；所述的建立曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型的步驟如下(I)在反射器的母線上間隔性的選取母線基點，定義為Al An，基點Al位於反射器的中央位置，基點間距為反射器相鄰頻率選擇單元環的圓心距；(2)在基點Al處作反射器的切平面T，用分別通過基點Al An的相互平行的平面垂直於切平面T切割反射器，所得的交線記為Li，i = I η ;(3)將上述步驟(2)中的每一條交線分別進行如下處理選取每條交線Li的中心點及兩端點，並以該三點為基礎作圓，確定圓半徑Ri，以半徑Ri為母線作錐形圓環帶，該錐形圓環帶在Ai點與反射器的母線相切，錐形圓環帶的寬度大於反射器頻率選擇單元環的
直徑；(4)在步驟(3)確定的η條錐形圓環帶上排列頻率選擇單元環,頻率選擇單元環的間距與步驟(I)中基點間距相同；(5)將所有錐形圓環帶上的頻率選擇單元環沿反射器的法線投影到反射器上，得到雷射刻蝕輸入模型。
本發明與現有技術相比的有益效果是(I)相對於貼圖法製作頻率選擇反射器而言，本發明利用副反射器自身的曲面特性，將頻率選擇單元按照一定規律投影在反射器表面上，較大程度的保持了頻率選擇單元的周期排列特性。(2)建立的頻率選擇單元模型精度較高，尤其在使用頻率較高時，採用本發明研製的曲面反射器依然具有較好的電性能。
圖I為需要進行雷射刻蝕的曲面副反射器示意圖；圖2為需要進行雷射刻蝕的頻率選擇單元陣示意圖；圖3為本發明曲面副反射器上的基點選取示意圖；圖4為本發明在反射器中心位置處的基點上作切平面T，用若干平行的平面通過基點垂直於T切割反射器的示意圖；圖5a為本發明作錐形圓環帶通過圖4中的交線示意圖；圖5b為錐形圓環帶示意圖；圖6為本發明沿錐形圓環帶周期性排列頻率選擇單元環並投影后的示意圖。
具體實施例方式在星載卡塞格倫式雙反射面天線中，副反射器往往是橢球面或雙曲面上的一部分，本發明的技術出發點是，副反射器上任意一條曲線都可以近似認為是一個圓上的一段。下面介紹本發明曲面頻率選擇面雷射刻蝕方法。具體步驟如下I、建立曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型(I)在反射器的母線上間隔性的選取母線基點，定義為Al An，基點Al位於反射器的中央位置，基點間距為反射器相鄰頻率選擇單元環的圓心距；基點個數根據反射器大小確定。(2)在基點Al處作反射器的切平面T，用分別通過基點Al An的相互平行的平面垂直於切平面T切割反射器，所得的交線記為Li，i = I η ;(3)將上述步驟(2)中的每一條交線分別進行如下處理選取每條交線Li的中心點及兩端點，並以該三點為基礎作圓，確定圓半徑Ri，以半徑Ri為母線作錐形圓環帶，該錐形圓環帶在Ai點與反射器的母線相切，錐形圓環帶的寬度大於反射器頻率選擇單元環的
直徑；(4)在步驟(3)確定的η條錐形圓環帶上排列頻率選擇單元環,頻率選擇單元環的間距與步驟(I)中基點間距相同；(5)將所有錐形圓環帶上的頻率選擇單元環沿反射器的法線投影到反射器上，得到雷射刻蝕輸入模型。2、雷射刻蝕輸入模型確定後，也就確定了需要刻蝕的頻率選擇單元環在反射器X、y、z三個方向上的刻蝕值及刻蝕路線，將輸入模型輸入至雷射刻蝕系統，雷射刻蝕系統採用三維的移動機構和短脈衝雷射器，三維移動機構根據輸入模型的刻蝕路線使短脈衝雷射器的雷射頭根據刻蝕路線行進，並按照X、I、z三個方向上的刻蝕值設置好雷射功率、光斑重疊度、移動速度等指標後即可進行刻蝕。注意，進行雷射刻蝕時，儘可能使反射器表面與加工雷射束垂直,減小雷射束畸變可能引入的誤差。實施例如附圖I所示，本實施例中，副反射器為橢球面上的一部分，其在焦軸上的投影口徑為313. 4mmX451. 7mm。橢球長軸為1088mm，短軸為956mm。需要刻蝕的頻率選擇單元環如圖2所示。在橢球的母線上間隔性的選取若干點(稱為母線上的基點)，定義為Al An，Al選在反射器的中央位置處，如圖3所示(X軸為橢球的焦軸)。與之相同，在母線的另一側也間隔性的選取若干點。基點之間的間距為頻率選擇單元環的間距。 如圖4所示，對Al點作橢球反射器的切平面T，再作T平行於Z軸並通過Al點的法平面S1，平行於S1作其他平面Sn，Sn通過橢球反射器母線上的基點An。如圖5a所示，平面Sn與橢球反射器的交線定義為Ln，找半徑為Rn的圓使其近似與交線Ln重合，以半徑為Rn的圓(圓心記為On)為母線作錐形圓環帶Mn，錐形圓環帶與反射器的橢球母線相切，如圖5b所示。如圖6所示，沿錐形圓環帶以旋轉角Φη周期性排列頻率選擇單元環，使相鄰單元環之間間距與橢球母線上的基點Al An間距相同。將所有單元環投影在反射器上就得到了最終的雷射刻蝕輸入模型。按照上述雷射刻蝕輸入模型，採用配備三維移動機構和短脈衝雷射器的雷射刻蝕系統進行刻蝕操作，完成了頻率選擇副反射器的研製。經測試，在20GHz頻段透射損耗(O. 7dB，在30GHz頻段反射損耗彡O. 6dB。以上模型建立方法同樣適用於雙曲線形的反射器。本發明未詳細說明部分屬於本領域技術人員公知常識。
權利要求
1.曲面頻率選擇面雷射刻蝕方法，所述的雷射刻蝕方法首先需要建立曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型，然後將建立的曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型輸入至雷射刻蝕系統光頭，作為雷射頭行進的依據，由雷射頭進行刻蝕；其特徵在於所述的建立曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型的步驟如下 (1)在反射器的母線上間隔性的選取母線基點，定義為Al An，基點Al位於反射器的中央位置，基點間距為反射器相鄰頻率選擇單元環的圓心距； (2)在基點Al處作反射器的切平面T，用分別通過基點Al An的相互平行的平面垂直於切平面T切割反射器，所得的交線記為Li，i = I η ; (3)將上述步驟(2)中的每一條交線分別進行如下處理選取每條交線Li的中心點及兩端點，並以該三點為基礎作圓，確定圓半徑Ri，以半徑Ri為母線作錐形圓環帶，該錐形圓環帶在Ai點與反射器的母線相切，錐形圓環帶的寬度大於反射器頻率選擇單元環的直徑； (4)在步驟(3)確定的η條錐形圓環帶上排列頻率選擇單元環，頻率選擇單元環的間距與步驟(I)中基點間距相同； (5)將所有錐形圓環帶上的頻率選擇單元環沿反射器的法線投影到反射器上，得到雷射刻蝕輸入模型。
全文摘要
本發明提供了曲面頻率選擇面雷射刻蝕方法，所述的雷射刻蝕方法首先需要建立曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型，然後將建立的曲面頻率選擇面雷射刻蝕輸入模型輸入至雷射刻蝕系統，作為雷射頭行進的依據，由雷射頭進行刻蝕；本發明克服現有技術的不足具有不破壞頻率選擇單元周期結構的特點。通過在反射器中心位置處作切平面T，用若干平行的平面垂直於T切割反射器，形成的交線可以近似認為是圓上的一段。以交線為母線可以將頻率選擇單元環周期性的排列並進行投影，從而建立起雷射刻蝕所需要的輸入模型。
文檔編號H01P11/00GK102683790SQ201210130958
公開日2012年9月19日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者施錦文, 王旭東, 田步寧, 薛兆璇 申請人:西安空間無線電技術研究所