Способ изготовления обтекателя радиолокационной антенны
METHOD OF MANUFACTURING RADOME

Область техники
Изобретение относится к способу изготовления обтекателя радиолокационной антенны и к обтекателю радиолокационной антенны, в частности, изготовленному этим способом.
Предпосылки создания изобретения
Обтекатель радиолокационной антенны может называться электромагнитным окном или куполом радара и применяется обычно на транспортных средствах или при стационарной эксплуатации, например, чтобы защитить антенны от внешних воздействий, в частности от влияния окружающей среды. Обтекатель радиолокационной антенны должен обладать электромагнитной проницаемостью, чтобы пропускать электромагнитные волны, которые должна испускать или принимать антенна.
В частности, в летательных платформах, замаскированных от радиолокационного обнаружения, участок платформы, который находится за обтекателем, может быть источником обратного излучения к радару.
Радиолокационная маскировка летательных платформ обеспечивается в том числе путем придания их электропроводной наружной оболочке формы, которая оказывает влияние на обратное излучение электромагнитных волн от этой наружной оболочки к радару. Такие платформы могут называться платформами с уменьшенной радиолокационной сигнатурой. Большое обратное излучение имеет место в особенности в антеннах радиолокационных и коммуникационных систем летательных платформ, так как обтекатель апертур антенн выполнен по соображениям аэродинамики, без учета аспектов маскировки. Так как обтекатель радиолокационной антенны обычно выполнен проницаемым для электромагнитных волн, чтобы можно было передавать сигналы от радиолокационных и коммуникационных систем и к ним, то обтекатель будет проницаемым также для сигналов обнаруживающего радара. Обладающие сильным обратным рассеянием апертуры антенн могут таким образом ослаблять или недопустимо ухудшать маскировку летательной платформы.
Известные обтекатели радиолокационной антенны могут содержать слой частотной селекции, пропускающий сигналы своих радиолокационных и коммуникационных систем и отражающий сигналы других частот в желательном направлении или не пропускающий их. Недостаток этого решения состоит в том, что маскирующий эффект для рабочей частоты своих радиолокационных и коммуникационных систем отсутствует.
Более широкополосным является обтекатель радиолокационной антенны, который в первом состоянии пропускает все частоты, а во втором не пропускает или отражает все частоты.
Примером такого широкополосного обтекателя, пропускающего электромагнитные волны или отражающего их, является обтекатель радиолокационной антенны со светочувствительным слоем, описанный в DE 3920110 А1. Светочувствительный слой состоит из полупроводникового фоторезистора, в котором падающие фотоны высвобождают носители заряда в полупроводниковом материале. Таким образом, проводимость полупроводника зависит от интенсивности падающего света и может обратимо изменяться, вследствие чего можно управлять проницаемостью полупроводника, и тем самым обтекателя радиолокационной антенны, для электромагнитных волн. В состоянии с малым количеством носителей зарядов (неосвещенном) слой является проницаемым для электромагнитных волн, а в состоянии с освобожденными носителями заряда (освещенном) - непроницаемым. Между неосвещенным и освещенным состояниями проводимость полупроводниковых элементов может изменяться на несколько порядков, например, на 4-5 порядков.
Поэтому существует потребность снабдить обтекатель радиолокационной антенны надлежащим светочувствительным полупроводниковым покрытием с учетом формы обтекателя, специфической для платформы, физических свойств применяемых материалов обтекателя и требований к светочувствительному покрытию,
Сущность изобретения
Задачей изобретения является создание способа, который позволяет простым образом изготавливать широкополосный обтекатель радиолокационной антенны, пропускающий или отражающий, по выбору, электромагнитные волны.
Эта задача решена в техническом решении, описанном в независимых пунктах формулы изобретения. Усовершенствования изобретения изложены в зависимых пунктах формулы и в представленном ниже описании.
Согласно одному аспекту предложен способ изготовления обтекателя радиолокационной антенны, включающий следующие операции: изготовление пригоночной формы по меньшей мере одного участка внутренней поверхности стенки обтекателя (первая операция); размещение множества плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов на наружной поверхности пригоночной формы (вторая операция); размещение пригоночной формы с множеством плоскостных светочувствительных элементов вблизи по меньшей мере одного участка внутренней поверхности стенки (третья операция); создание соединения между множеством плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов и стенкой (четвертая операция); и извлечение пригоночной формы из обтекателя (пятая операция).
Этот способ позволяет простым путем изготовить обтекатель радиолокационной антенны со слоем, содержащим множество полупроводниковых элементов для электромагнитного экранирования внутреннего пространства обтекателя.
Пригоночная форма может быть изготовлена, в частности, из затвердевающего материала, посредством того, что изготавливают негативный отпечаток внутренней поверхности стенки обтекателя. В затвердевшем состоянии пригоночной формы она является жесткой или по существу жесткой. Негативный отпечаток можно изготовить со всей внутренней поверхности стенки. Альтернативно пригоночную форму можно выполнить из пластмассы.
Альтернативно изготовлению негативного отпечатка обтекателя радиолокационной антенны, пригоночную форму можно также изготавливать в виде копии, на основе конструктивных чертежей обтекателя.
Плоскостными светочувствительными полупроводниковыми элементами могут быть, в частности, плоские элементы, то есть элементы, не имеющие кривизны, в частности пространственной кривизны, и выполненные, например, в виде многогранников или тел, имеющих по меньшей мере две расположенные друг против друга плоские поверхности. В альтернативном варианте выполнения полупроводниковые элементы могут быть неплоскими.
Полупроводниковые элементы могут быть изготовлены из кремния, например из нелегированного или малолегированного высокоомного кремния. Предпочтительно полупроводниковыми элементами являются монокристаллические полупроводники. Полупроводниковые элементы могут представлять собой кремниевые плитки с толщиной от 200 мкм до 300 мкм.
По меньшей мере одна основная поверхность плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов может иметь форму правильного или неправильного многоугольника. Каждый многоугольник может иметь ребра одинаковой или разной длины и одинаковые или разные углы вершин. Длина каждого ребра многоугольника может варьироваться от нескольких миллиметров, например от 1-3 мм, до нескольких сантиметров, например до 5-10 см.
По меньшей мере один участок поверхности полупроводниковых элементов может содержать термический оксид кремния, благодаря которому этот участок может просветляться. При облучении такого полупроводникового элемента оптической энергией, например видимым или инфракрасным светом, достигается его высокая электрическая проводимость.
Плоскостные полупроводниковые элементы можно изготавливать из предварительно изготовленных полупроводниковых дисков или полупроводниковых колпачков (например, кремниевых пластин) путем отделения части такого диска таким образом, чтобы получить плоскостный светочувствительный полупроводниковый элемент. Благодаря размерам полупроводниковых дисков их можно прикреплять к криволинейным поверхностям лишь условно, если только максимальное расстояние между полупроводниковым диском и криволинейной поверхностью не превышает заданного значения. Поэтому полупроводниковые диски разрезают на небольшие элементы, так что при размещении этих элементов друг за другом они могут почти полностью покрывать криволинейную внутреннюю поверхность стенки обтекателя.
Указанный способ в принципе подходит для обтекателей радиолокационных антенн с произвольными геометрическими размерами.
Пригоночную форму с расположенными на ее наружной поверхности плоскостными светочувствительными полупроводниковыми элементами подносят к стенке обтекателя радиолокационной антенны так, что полупроводниковые элементы находятся между пригоночной формой и стенкой. В этом состоянии углы или ребра полупроводниковых элементов могут прилегать к внутренней поверхности стенки, но могут находиться и на расстоянии от нее.
Множество плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов соединяют со стенкой, в частности с ее внутренней поверхностью, при помощи механического соединения, например клеевого или адгезионного соединения.
Затем пригоночную форму извлекают из внутренней полости стенки. Эту операцию выполняют лишь тогда, когда клеевое соединение между полупроводниковыми элементами и внутренней поверхностью стенки затвердеет или будет обладать достаточной несущей способностью, чтобы зафиксировать полупроводниковые элементы в их положении.
Согласно одному варианту выполнения, перед размещением множества плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов на наружной поверхности пригоночной формы регистрируют внутреннюю геометрию стенки обтекателя и разделяют ее на плоские отдельные области, в соответствии с формой которых подготавливают множество плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов.
Под внутренней геометрией стенки обтекателя следует понимать, в частности, пространственную кривизну по меньшей мере одного участка внутренней поверхности этой стенки. Плоская отдельная область не имеет пространственной кривизны.
Другими словами, таким путем форма пространственно криволинейной стенки обтекателя приближенно отображается в виде плоских отдельных областей. Посредством того, что пригоночная форма оснащена полупроводниковыми элементами и ее подводят к внутренней поверхности стенки, множество полупроводниковых элементов можно прикрепить к внутренней поверхности стенки, в особенности если доступ к этой поверхности для человека или промышленного робота затруднен и осложняет размещение полупроводниковых элементов поодиночке.
Размещение полупроводниковых элементов на пригоночной форме обеспечивает кроме того максимально точное их положение рядом друг с другом, так что расстояние между соседними полупроводниковыми элементами имеет заданную величину.
Согласно следующему варианту выполнения, перед размещением множества плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов на наружной поверхности пригоночной формы указанную поверхность снабжают слоем с по меньшей мере односторонней адгезией, чтобы закрепить на его поверхности, обладающей адгезией, множество плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов.
Слоем с односторонней адгезией может быть, например, клейкая пленка, имеющая по меньшей мере на наружной стороне клеевой материал. Наружной стороной слоя является та поверхность, которая обращена от наружной поверхности пригоночной формы к внутренней поверхности стенки. Плоскостные светочувствительные полупроводниковые элементы приклеиваются к наружной поверхности слоя и в результате могут быть установлены в определенном положении на внутренней поверхности стенки.
Как альтернатива, слой с односторонней адгезией может представлять собой покрытие пригоночной формы, например клеевую массу, которую в последующих операциях способа можно удалить, чтобы разъединить соединение между полупроводниковыми элементами и пригоночной формой.
Согласно следующему варианту выполнения, указанный слой соединяют с пригоночной формой с возможностью разъединения. Это означает, что либо клейкую пленку можно отсоединить от пригоночной формы, либо можно отсоединить клеевое покрытие пригоночной формы, чтобы извлечь ее после того, как полупроводниковые элементы будут находиться в требуемом положении, то есть будут закреплены на внутренней поверхности стенки.
Согласно следующему варианту выполнения, указанный слой прикрепляют к пригоночной форме при помощи разрежения.
Разрежение представляет собой давление газа, меньшее атмосферного давления, окружающего пригоночную форму. Благодаря разрежению клеевой слой, например в виде клейкой пленки, прижимается атмосферным давлением к наружной поверхности пригоночной формы и фиксируется на ней.
Согласно следующему варианту выполнения, перед извлечением пригоночной формы из обтекателя указанный слой и пригоночную форму разъединяют.
Благодаря этому положение полупроводниковых элементов на внутренней поверхности стенки при извлечении пригоночной формы больше не изменяется.
Согласно следующему варианту выполнения, разъединение указанного слоя и пригоночной формой включает снятие разрежения.
При снятии разрежения клейкая пленка больше не будет прижиматься к наружной поверхности пригоночной формы и их можно отделить друг от друга. Если в качестве слоя для закрепления полупроводниковых элементов на пригоночной форме применяют клейкую пленку, то после удаления пригоночной формы на стенке могут оставаться по меньшей мере части клейкой пленки.
Согласно следующему варианту выполнения, разъединение указанного слоя и пригоночной формой включает применение растворителя.
Растворитель может уменьшить или свести к нулю силу адгезии или склеивающую силу, и пригоночную форму можно извлечь без приложения силы к стенке или к полупроводниковым элементам.
Согласно следующему варианту выполнения, разъединение указанного слоя и пригоночной формой включает повышение температуры слоя.
Повышенная температура может облегчить разъединение клеевого соединения. Повышенная температура может применяться, если слой содержит клей, который при повышенной температуре теряет клеющие свойства.
Согласно следующему варианту выполнения, создание соединения между множеством плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов и обтекателем радиолокационной антенны включает операцию введения адгезионной массы в промежуточное пространство между наружной поверхностью пригоночной формы и внутренней поверхностью стенки.
Адгезионная масса фиксирует полупроводниковые элементы на стенке, в частности, на ее внутренней поверхности. Адгезионной массой может быть, например, силиконовый клей.
Согласно следующему аспекту изобретения, предложен обтекатель радиолокационной антенны, имеющий стенку и множество плоскостных светочувствительных полупроводниковых элементов, расположенных на внутренней поверхности стенки. Каждый из полупроводниковых элементов является плоским и соединен с внутренней поверхностью при помощи клеевой массы.
Согласно этому аспекту, обтекатель радиолокационной антенны изготовлен описанным выше способом. Поэтому описание способа также раскрывает обтекатель радиолокационной антенны, то есть его конструктивные признаки.
Согласно одному варианту выполнения, плоскостные светочувствительные полупроводниковые элементы покрывают всю внутреннюю поверхность стенки.
Так как полупроводниковые элементы отделены друг от друга и являются плоскими, при их размещении на внутренней поверхности стенки выдерживаются небольшие заданные расстояния между соседними полупроводниковыми элементами. Поэтому в этом варианте выполнения внутренняя поверхность по существу покрыта расположенными рядом друг с другом отдельными полупроводниковыми элементами.
Альтернативой полного покрытия внутренней поверхности стенки светочувствительными полупроводниковыми элементами является покрытие слоем с частотной селекцией и размещение на нем светочувствительных элементов, при этом требуется лишь частичное покрытие внутренней поверхности стенки светочувствительными полупроводниковыми элементами, так что при помощи этих элементов можно изменять электромагнитные свойства слоя с частотной селекцией.
Для этого на апертуры металлической фольги (слой с частотной селекцией) или металлических цепей может быть нанесен светочувствительный материал, причем металлическая фольга, металлические цепи или проводящие дорожки находятся на внутренней поверхности стенки.
Согласно следующему варианту выполнения, полупроводниковые элементы выполнены из нелегированного кремния.
Краткое описание чертежей
Ниже со ссылками на чертежи подробно описаны варианты осуществления изобретения. На чертежах:
фиг. 1-6 схематично изображают операции способа согласно одному варианту осуществления изобретения,
фиг. 7 схематично изображает обтекатель радиолокационной антенны согласно одному варианту осуществления изобретения и
фиг. 8 схематично изображает пригоночную форму для изготовления обтекателя радиолокационной антенны согласно одному варианту осуществления изобретения.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
Изображения на чертежах являются схематичными и не соответствуют масштабу. Одинаковые цифровые позиции в последующем описании относятся к одинаковым или аналогичным элементам. Обтекатель радиолокационной антенны и пригоночная форма представляют собой трехмерные объекты, которые на чертежах с целью упрощения показаны в поперечном разрезе.
Как видно на фиг. 1-7, обтекатель 100 радиолокационной антенны имеет по существу или в грубом приближении U-образное или V-образное поперечное сечение, а стенка 110 окружает внутреннее пространство 160, в котором находятся подлежащие защите антенны, когда обтекатель закреплен на платформе.
Внутреннее пространство по меньшей мере с одной стороны открыто или доступно, чтобы можно было соединить обтекатель с платформой и разместить антенны, подлежащие защите.
На фиг. 1 схематично представлена операция изготовления пригоночной формы 120, имеющей внутреннюю поверхность 122 и наружную поверхность 124, по существу соответствующую внутренней поверхности 112 стенки 110 обтекателя, имеющей наружную поверхность 114.
Пригоночная форма 120 немного меньше ограниченного стенкой 110 внутреннего пространства, что делает возможным введение в него полупроводниковых элементов вместе с пригоночной формой.
На фиг. 2 показана пригоночная форма 120, на наружной поверхности 124 которой расположено множество плоскостных полупроводниковых элементов 140A, 140B. На наружную поверхность 124 пригоночной формы 120 нанесен клеевой слой 130, который фиксирует на ней полупроводниковые элементы 140А, 140В.
На фиг. 3 показано, как пригоночную форму 120, снабженную полупроводниковыми элементами 140В, вводят во внутреннее пространство стенки 110. Пригоночную форму 120 вводят в направлении стрелки 116 до прилегания к внутренней поверхности 112 стенки 110, как показано на фиг. 4.
В показанном на фиг. 4 состоянии полупроводниковые элементы 140А находятся на минимальном расстоянии от стенки или по меньшей мере частично прилегают к ней, в данном варианте по своим углам. Так как полупроводниковые элементы являются плоскими, плоскостными элементами, то по меньшей мере в отдельных местах из-за кривизны стенки 110 образуется промежуточное пространство 150.
В это промежуточное пространство 150 при помощи клеильного устройства 200 вводят клеевую массу 210, чтобы зафиксировать полупроводниковые элементы 140А на стенке 110.
Клеевую массу можно вводить или нагнетать в промежуточное пространство через отверстие в пригоночной форме и между двумя соседними полупроводниковыми элементами, как показано на фиг. 5. Введенная таким образом клеевая масса распространяется в промежуточном пространстве и прикрепляет полупроводниковые элементы к стенке.
После завершения этой операции или после затвердевания клеевой массы 210 клеящую силу клеевого слоя 130 удаляют, чтобы можно было извлечь пригоночную форму, не прилагая к полупроводниковым элементам или к стенке силы, превышающей заданное пороговое значение, см. фиг. 6.
В результате остается обтекатель 100 радиолокационной антенны, на стенке 110 которого расположены отдельные плоскостные, плоские полупроводниковые элементы 140А, чтобы можно было обеспечить возможность пропускания или непропускания электромагнитных волн.
На фиг. 8 показана пригоночная форма 120 для крепления клеевого слоя 130 к ее наружной поверхности 124 при помощи разрежения.
Наружная поверхность 124 пригоночной формы 120 имеет множество отверстий 126. Между наружной поверхностью 124 и внутренней поверхностью 122 находится промежуточное пространство, в котором можно создать разрежение, например, при присоединении к этому промежуточному пространству генератора 200 вакуума или разрежения и откачки газа, например воздуха. Если на наружную поверхность 124 наложен клеевой слой 130, то вследствие разности между давлением в промежуточном пространстве и давлением окружающей среды клеевой слой 130 прижимается, как показано стрелками 129, к наружной поверхности 124 пригоночной формы и фиксируется, так что он не может ни отделиться от этой поверхности 124, ни перемещаться по ней.
Наружная поверхность клеевого слоя 130 является клейкой, а его внутренняя поверхность неклейкая. Поэтому полупроводниковые элементы могут приклеиваться к клеевому слою 130, тогда как пригоночная форма соединена со слоем 130 с возможностью их разъединения в любой момент путем снятия разрежения, чтобы извлечь пригоночную форму из обтекателя.