[发明专利]复合螺旋天线精密制造方法与测量加工装置

说明书

技术领域

本发明属于通信设备制造领域，特别涉及一种复合材料镀层的超宽频三维螺旋天线的精密制造方法与测量加工一体化装置。

背景技术

天线是发射和接收信号的重要部件。复合螺旋天线通常采用宽频带特性的双臂平面螺旋天线与双臂圆锥螺旋天线的三维立体组合结构。复合式螺旋天线的结构复杂，相位方向图的一致性指标要求高，整体制造精度要求极为苛刻，国外相关复合螺旋天线的制造技术一直对我国严密封锁，国内至今尚无复合螺旋天线的专用精密制造设备。由于复合螺旋天线整体采用平面电路和立体锥面电路相结合的方式，制造加工精度要求很高，国内的研究主要以单一的激光光刻或者精密机械冷加工为主。

专利公告号为CN1202023名称为：一种曲面微带天线的制作方法的专利中，采用激光刻蚀法和激光成膜法分别以聚四氟乙烯、聚酰亚胺和环氧树脂为基底，制造了微带天线。中国电子科技集团公司第十研究所在天线CAD模型的基础上，基于光刻法制造了圆锥等角螺旋天线。华东电子工程研究所通过将CAD/CAM软件的实体造型与五轴数控高速切削工艺方法结合，完成了球面螺旋天线的切削；北京遥感设备研究所，小型化超宽频带螺旋天线工艺研究,制造技术研究，2010,4.(2),p37-38中采用“平面展成—光刻弯曲—粘接—焊接”的工艺研制超宽频带复合式螺旋天线，利用激光光刻配合手工粘接焊接。

采用上述工艺路线方法存在特定的局限性：光刻工艺无法解决三维结构天线的制造；激光效率高，但热影响区大；手工粘接焊接无法实现高精度的批量生产；普通数控铣削铣刀直径已大于零件的最小特征尺寸。国内尚无超宽频复合螺旋天线的精密制造方法与专用的精密加工设备，本发明提出的复合螺旋天线精密制造方法与精密加工装置满足了复合螺旋天线精密加工的需要。

发明内容

本发明的目的是针对小型化复合三维螺旋天线高效率、高精度制造的技术问题，克服原有加工工艺存在的不足，同时避免分段粘贴及焊接导致的对接误差，提出一种加工前对天线基底整体铜化，然后基于激光测量定位技术，将光刻、激光加工、微细铣削加工这三种单一制造工艺相结合，以实现对超宽频带复合三维螺旋天线的高效高精度制造；同时还发明一种复合螺旋天线测量加工一体化装置，该装置通过将绿光纳秒脉冲激光器、微细铣削加工组件同五轴精密数控位移平台相结合的方式实现对超宽频复合螺旋天线的精密加工，并以高精度2D位移传感器作为测量设备，实现超宽频复合螺旋天线的测量与定位。本发明用于复合螺旋天线的精密加工，解决复合螺旋天线精密加工的难题。

本发明采用的技术方案是：采用多种加工工艺相组合的方式，并结合激光测量定位技术，完成三维螺旋天线的精密制造；采用锥台形状的聚酰亚胺基底1，首先对复合螺旋天线的聚酰亚胺基底1的上平面和圆锥表面进行整体铜化，然后对复合螺旋天线上平面中心区域采用光刻工艺进行加工，再对复合螺旋天线的聚酰亚胺基底1的圆锥表面和圆锥表面与上平面的过渡部分进行激光粗加工和微细铣削精加工，得到高质量的天线带线；再利用高精度2D位移传感器19，进行天线特征提取，实现测量和定位一体化。高精度的复合螺旋天线具体的制造方法如下：

(1) 复合螺旋天线聚酰亚胺基底表面整体铜化

首先采用特定脱脂剂将聚酰亚胺基底1进行脱脂，使聚酰亚胺基底1表面粗化及表面活化，利用特定的铜化合物、络合剂、还原剂和pH调整剂的溶剂配方在聚酰亚胺基底表面形成电镀用的1μm厚的导电性化学镀铜层2；然后，在镀铜层2上继续电镀至指定要求的厚度，完成聚酰亚胺基底的整体铜化；

(2) 对复合螺旋天线上平面中心区域采用光刻工艺处理

首先在铜化后的聚酰亚胺基底1上均匀涂覆上一层光刻胶膜3，将预制的带有需要去除的微小区域图形的掩模板4对准放置在整个聚酰亚胺基底1上，在紫外线光下进行曝光处理；然后在显影溶液中将未感光部分的光刻胶膜3去除；再经过后烘坚膜处理后，用腐蚀液将无光刻胶覆盖的金属腐蚀掉；最后使用化学试剂使光刻胶膜3碳化脱落，并用离子水冲净，最终在聚酰亚胺基底1表面上留下呈螺旋形状的镀铜层2，螺旋形状的镀铜层2就是上平面中心区域的平面螺旋天线；

(3) 复合螺旋天线上平面光刻加工后，将半成品天线装夹到测量加工一体化装置的五轴精密数控位移平台Ⅱ的工作台上，采用高精度2D位移传感器测量经光刻后得到的中心区域的平面螺旋天线，进行平面螺旋天线边缘特征点的提取，从而辨识出后续加工的起始点；