郑建生，李东伟，张建福

(1. 中国电子科技集团公司第三十九研究所， 陕西 西安 710065；2. 宏达高科控股股份有限公司， 浙江 海宁 314400)

Ka频段网状天线镀金钼丝网的研制

郑建生1，李东伟1，张建福2

(1. 中国电子科技集团公司第三十九研究所， 陕西 西安 710065；2. 宏达高科控股股份有限公司， 浙江 海宁 314400)

由微细金属丝编织而成的高性能弹性网微波反射面材料，是研制空间大型可展开网状抛物面天线的关键材料之一。用在高频段(Ka频段)的丝网材料由于其采用的经编针织结构的编织工艺和超细镀金丝的批量生产技术难度都很大，目前只有国外才能生产。经过9年多的研究，采用直径27 μm的超细镀金钼丝，在国内首次研制出平面密度为67.1 g/m2，弹性预紧力20 g/cm，微波反射系数(30 GHz)大于98%的镀金钼丝网天线反射面材料，其性能达到了Ka频段网面可展开天线使用的基本要求。

Ka频段网状天线；镀金钼丝网；经编结构；微波反射系数；网面弹性

引 言

网面材料是研制空间大型可展开网状抛物面天线的关键构件之一，金属丝网材料在天线展开机构作用下形成反射面天线的柔性高精度曲面。在空间环境下，网面材料必须满足卫星可展开天线结构的力学性能与电气性能两方面的综合使用要求。

国外的卫星型号产品使用的是由直径15～30 μm的超细镀金钼丝或镀金钨丝编织而成的高难度“弹性针织丝网材料”。特别是用在高频段(Ka频段)的丝网材料，由于其网孔直径很小，并且天线曲面精度要求很高，其超细、超长镀金丝的批量生产以及丝网采用的经编针织结构的编织工艺难度都很大，目前只有美国和俄罗斯才能生产[1]。高频段星载天线丝网材料从国外引进的价格极高，而且存在许多限制，迫切需要解决其国产化的问题。经过9年多的不断研究，我们在2009年采用直径27 μm的超细镀金钼丝，对俄罗斯Ka频段的丝网材料进行了仿制试验研究，在国内首次研制出了高频段的镀金钼丝网样品，并作了初步的性能测试与对比研究。研制样品的主要性能指标基本满足网面可展开天线的使用要求，为其国产化研制迈出了关键的一步。

1 国外Ka频段金属丝网材料的编织结构特点

美国Ka频段网面材料编织结构的主要特点：采用直径20～30 μm的超细镀金钼丝或钨丝，为单面链孔结构的单丝经编针织织物，菱形网孔的排列结构，具有良好的各向弹性一致性。

俄罗斯Ka频段网面材料编织结构的特点：采用直径15 μm的多股超细镀金钨丝，为双面组合的多丝经编针织织物，丝网材料具有较小的网孔直径和较好的平整度。

美国和俄罗斯的丝网材料的编织结构类型相同，都是经编针织结构，即都是采用相同的经编针织工艺组合编织而成的超薄超轻弹性针织网孔丝网材料。但两者编织结构的网孔花形不同，编织工艺过程中的难易程度略有不同。

2 Ka频段镀金钼丝网的研制试验

2.1 超细金属丝的针织工艺适应性试验

由于超细超长金属丝的拉拔加工、连续镀金，以及高密度弹性金属丝网的经编针织编网难度都已经达到或接近相应领域的生产加工水平极限。开展Ka网的综合仿制试验研究，在研究技术条件和经费两个方面都很困难。仿制试验的早期曾采用国产直径30 μm的不锈钢丝、20和25 μm的钨丝、30 μm的钼丝、50 μm的铜丝做过纬编结构样品的简单编织试验，以了解这些超细金属丝的编织工艺适应性。由于这些丝的性能在编织方面差距较大，编织样品的断丝情况或弹性变形均匀性都不好。

2.2 进口网的经编针织结构仿制试验

在仿制试验的过程中，采用低成本的尼纶丝，采用进口高端数控经编设备，直接仿制了俄罗斯Ka网的经编针织编织结构，并研制出低成本的Ka频段尼纶丝代用网材料，可用于星载天线地面原理样机的力学性能试验。

2.3 镀金钼丝网测试样品的仿制试验

经过与超细金属丝的镀涂研制单位合作，研制出直径25 μm的超细超长钼丝的连续镀金批量生产工艺，镀金层厚度1 μm。这些都为直接采用国产超细镀金钼丝仿制进口Ka频段镀金丝网产品的最终样品创造了条件。仿制的Ka频段镀金钼丝网样品的手感没有进口镀金钨丝网柔软性好，稍微有些发硬。

图1是采用直径27 μm的国产镀金钼丝仿制的进口Ka频段镀金钼丝网的样品照片。该样品幅宽0.5 m，长度2.5 m，满足网面材料基本的机械性能和电性能测试要求。

图1 仿制的镀金钼丝网样品照片

3 镀金钼丝仿制网的基本性能测试

3.1 网面编织结构和网孔尺寸的测试

使用放大倍数50倍左右的放大镜，对研制出的钼丝网网孔结构尺寸参数进行理化测试分析，图2是编织结构的对比放大照片。仿制网的编织结构与进口网完全相同，镀层表面质量良好，但网单元的编织均匀性还是与俄罗斯进口网有一定的差距。

图2 进口网(左)与仿制网(右)网孔尺寸与编织结构放大照片

预紧后网孔尺寸约为0.65 mm × 0.43 mm，比进口网0.53 mm × 0.53 mm略大，但网孔面积近似，完全满足Ka频段微波全反射对网孔尺寸的要求[2]。

3.2 编织密度测试

按照纺织行业标准方法，测试网面在自然状态下的平面密度，仿制网的面密度为67.1 g/m2，比美国研制的镀金钼丝网的面密度51.9 g/m2要大。该指标说明仿制网与国外产品还是有一定的差距[2]。

3.3 力学性能测试

对仿制网与进口Ka网的弹性进行单向拉伸变形性能测试，见图3和图4。对比测试曲线可以看出：在20 g/cm的拉伸预紧力下，仿制网的纬向弹性变形率约为8.5%，进口网为6.5%～8.5%，二者较为接近；仿制网的经向弹性变形率为3.5%～4.5%，进口网约为6%，二者相差较大，但都能满足天线网面铺设工艺要求。

图3 纬向拉伸变形曲线

图4 经向拉伸变形曲线

3.4 电性能指标测试与分析

采用波导法对仿制网的网面反射系数进行了测试。在20 g/cm预紧力下，仿制网在30 GHz时的微波反射系数大于98.3%，满足可展开天线微波反射面的使用要求。对于金属网无源交调干扰电平(PIM)指标，国外研究资料表明[3]，只要仿制网网面材料的网孔结构参数和镀层质量达到要求，其PIM电性能指标就能满足相同频段天线反射面的使用要求。

4 结束语

通过这次Ka频段镀金钼丝网的仿制试验与性能对比测试，可以得到以下结论：

1)采用进口的经编针织设备，使用国内研制的直径27 μm的超细镀金钼丝，可以仿制出与进口产品编织结构完全相同的Ka频段金属网样品。仿制网的编织结构参数和力学性能基本与进口产品相近。

2)研制样品的微波电性能满足可展开天线的使用要求，网面弹性基本满足要求，但在经向(纵向)与进口网有明显差距，有待改进。

3)研制的直径27 μm的超细镀金钼丝的编织性能尚可，但其镀金层厚度的均匀性以及丝的柔软性还有待进一步提高。

[1] 郑建生, 李东伟, 田玉华, 等. 空间可展开网状天线网面材料的性能研究[J]. 电子机械工程, 2005, 21(3): 49-51.

[2] 王援朝, 译. 应用于Ku和Ka波段商业卫星的Astro MeshTM可展开反射器[J]. 通信与测控, 2005, 29(2): 55-64.

[3] 杨梅, 译. 关于可展开通信天线的低无源互调、零热膨胀系数网的研制[J]. 通信与测控, 1995(4): 70-72.

郑建生(1964-)，男，高级工程师，主要从事雷达天线结构特种工艺研究工作。

2014年电子机械与微波结构工艺学术会议征文通知

中国电子学会电子机械工程分会与微波分会，定于2014年8月，在呼和浩特市联合召开2014年电子机械与微波结构工艺学术会议。热忱欢迎业界专家、学者、企业家及分会团体会员单位的同行们积极组稿、撰稿并参加会议进行交流。现就会议征文有关事项通知如下：

一、会议主题内容和征文范围

1. 面向电子设备与系统设计的理论、方法与技术。广义机电场耦合理论与方法/机电参数综合设计与测控技术/机、电、热、磁兼容技术/微波结构设计技术/热设计与热分析技术/振、冲隔离设计与分析/人、机、环境工程/ CAD与仿真。

2. 电子机械先进制造技术。数字化制造与制造信息化技术/虚拟制造技术/设计、制造一体化技术/微波工艺技术/特种制造和工艺技术。

3. 微电子组装与微机电系统。微组件封装与表面组装技术(SMT)/高密度组装与立体组装/组装测试与组装可靠性/MEMS(微传感器与微执行器等)/微光、机、电系统/微尺度制造技术。

二、会议征文投稿方式

会议征文投稿请以word格式电子文件发送至《电子机械工程》编辑部投稿邮箱dzjxgc@126.com，请注明“会议征文”字样，论文排版格式请按《电子机械工程》期刊格式要求。

三、会议征文要求

论文请勿涉及保密内容，所投论文保密审查由各单位自行负责并提供保密审查证明。论文应论点明确、论据充分，未在全国性学术会议及公开刊物上发表过。本次论文集不正式出版，以电子版形式发放。大会将进行论文评优并颁发奖状，优秀论文将推荐在《电子机械工程》刊登，每篇录用的论文收取版面费。

四、时间安排

2014年6月15日征文截止；2014年7月15日前通过E-mail(或纸质文件)发录用参会通知；2014年7月25日前参会确认(通过E-mail)。

会议联系人：尹翔陵 TEL: 025-51821008；13851458685

投稿联系人：汪琳 TEL: 025-51821082 投稿邮箱：dzjxgc@126.com

中国电子学会电子机械工程分会

Development of Gold-plated Molybdenum-wire Knitted Mesh for Ka-band Paraboloid Antenna

ZHENG Jian-sheng1，LI Dong-wei1，ZHANG Jian-fu2

(1.The39thResearchInstituteofCETC，Xi′an710065,China；2.HongdaHighTechnologyInc.,Haining314400,China)

The high-performance elastic microwave-reflective mesh material knitted with ultra-fine metal wires is one of the key materials for developing large space-deployable paraboloid mesh antenna. The mesh material working in high frequency (Ka-band) can be produced only by foreign manufacturers at present due to the difficulty of knitting technology used to weave its tricot structure and the batch technology for producing ultra-fine gold-plated wires. After more than nine years research, using ultra-fine gold-plated molybdenum wires with diameter of 27 μm, the gold-plated molybdenum-wire knitted mesh material with surface density of 67.1 g/m2, mesh surface elasticity of 20 g/cm and microwave reflectivity (30 GHz) of more than 98% is developed firstly in China, its performance meets the basic requirements of deployable mesh antenna in Ka-band.

Ka-band mesh paraboloid antenna; gold-plated molybdenum-wire knitted mesh; tricot structure; microwave reflectivity; mesh-surface elasticity

2013-12-23

TN823+.28

A

1008-5300(2014)02-0040-03