Патент на изобретение №2293406
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) АНТЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к антенной технике. Техническим результатом является увеличение широкополосности спиральной антенны, а также обеспечение ее работоспособности при воздействии вибрационных нагрузок в интервале температур -60°C-+140°C наряду с повышением технологичности изготовления и обеспечением идентичности изготовленных антенных элементов. Сущность изобретения заключается в том, что полусферический корпус антенного элемента выполнен с уменьшением толщины его стенки от основания к вершине и изготовлен методом литьевого прессования из эпоксидного пресс-материала с последующим выполнением на нем углубленного рисунка для размещения спирального излучателя. Плавное изменение толщины стенки корпуса от рабочей зоны в области верхних частот к рабочей зоне в области низких частот обеспечивает малый уровень КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) широкополосной спиральной антенны. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в антенной технике. Антенный элемент, представляющий собой полусферический профилированный диэлектрический корпус, предназначен для навивки спирального излучателя антенны, работающей в широкой полосе частот при воздействующих климатических и механических факторах. Указанный антенный элемент является основной деталью спиральной антенны, от которой зависит ее широкополосность, прочностные характеристики и способность обеспечивать радиотехнические характеристики в условиях эксплуатации. Важнейшими параметрами антенного элемента являются: диэлектрическая проницаемость, толщина стенки полусферы и основные механические и климатические характеристики. Кроме этого, к материалам антенного элемента предъявляются требования по идентичности изготовления изделий и по возможности перерабатываться в заданную форму без потерь материала. По типу применяемого диэлектрического материала известна антенна (патент Н 01 Q 1/24 (11) WO 03073554 A1, опубликован 04.09.2003 г.), в которой диэлектрический сердечник выполнен из эпоксидной смолы с последующим нанесением на него излучателей на пластмассовой пленке, нанесенной поверх слоя смолы. Недостатком эпоксидной смолы без наполнителя является хрупкость при механических воздействиях и недостаточная теплостойкость. Кроме этого, представленная антенна является узкополосной. Наиболее близкой к изобретению является спиральная антенна спутника «Транзит» (Резников Г.Б. Антенны летательных аппаратов. – М., Советское радио, 1967, с.355-358). В спутнике, имеющем форму шара, применяется одна щелевая логарифмическая спиральная антенна. Она состоит из двух полусферических щелевых излучателей, каждый из которых представляет собой двузаходную логарифмическую спираль. Щели прорезаны в металлической оболочке спутника. Большие размеры спутника ( Целью изобретения является увеличение частотной широкополосности спиральной антенны, а также обеспечение ее работоспособности при воздействии вибрационных нагрузок в интервале температур – 60°С-+140°С наряду с повышением технологичности и идентичности изготовления диэлектрических корпусов. Указанная цель достигается тем, что полусферический диэлектрический корпус для широкополосной спиральной антенны изготавливается методом литьевого прессования эпоксидного пресс-материала, имеющего относительно высокую диэлектрическую проницаемость. Стенка диэлектрического корпуса профилируется так, чтобы в области более высоких частот толщина стенки была максимально тонкой, но все-таки конструктивно прочной. Плавное изменение толщины стенки корпуса от рабочей зоны в области верхних частот к рабочей зоне в области низких частот обеспечивает малый уровень КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) широкополосной спиральной антенны. На фиг.1 представлена форма полусферического диэлектрического корпуса в виде оболочки, имеющей одинаковую толщину. На внешней поверхности корпуса сформирован механическим путем углубленный рисунок, в котором размещается спиральный излучатель антенны. На фиг.2 приведена форма заявляемого полусферического диэлектрического корпуса с переменной толщиной стенки из эпоксидного пресс-материала. На внешней поверхности корпуса сформирован механическим путем углубленный рисунок, в котором размещается спиральный излучатель антенны. Пресс-материал, поставляемый в готовом виде, содержит эпоксидную смолу, наполнитель – микростекловолокно и ускоритель. Пресс-материал обладает хорошими механическими свойствами и рабочей температурой – 60°С-+180°С, низким водопоглощением 0,02%, низким коэффициентом термического линейного расширения, диэлектрической проницаемостью 4,2-4,45, усадкой при литье (менее 0,4%). Данный пресс-материал позволил изготовить антенный элемент для широкополосной спиральной антенны с точностью 12 квалитета. Наружный и внутренний диаметральные размеры корпусов обеспечиваются пресс-формой. На внешней поверхности корпуса сформирован механическим путем углубленный рисунок, в котором размещается спиральный излучатель широкополосной антенны. Обычно для антенн, работающих в широкой полосе частот, используют материалы с низкой диэлектрической проницаемостью. Для проведения экспериментальных работ были выбраны материалы с низкой диэлектрической проницаемостью: полифениленоксид Арилокс 2101, Ниплон – 2/3, полисульфон ПСФ-150-1 и эпоксидный пресс-материал с относительно высокой диэлектрической проницаемостью. Основные свойства исследованных материалов приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы, выбранные для экспериментов материалы имеют хорошие механические характеристики, широкий интервал рабочих температур, имеют низкое водопоглощение, низкий коэффициент термического линейного расширения, а также способность перерабатываться в заданную форму без потерь материала. По фиг.1 из перечисленных выше материалов были изготовлены полусферические диэлектрические корпуса, в канавки которых уложили спиральные излучатели антенн. Далее для проверки РТХ были собраны антенные блоки. Однако для антенн с полусферическими диэлектрическими корпусами из полифениленоксида Арилокса 2101, Ниплона – 2/3, полисульфона ПСФ-150-1 было отмечено ухудшение монотонности диаграмм направленности и увеличение уровня задних лепестков в 2-3 раза (до 18%). Также недостатком перечисленных материалов является высокая температура переработки в изделия. Для антенн с полусферическими диэлектрическими корпусами из эпоксидного пресс-материала проверка показала некоторое незначительное изменение диаграмм направленности. Экспериментальные измерения диэлектрической проницаемости эпоксидного пресс-материала в диапазоне СВЧ показали ее значение, равное 4,2-4,45. Исходя из этого, было принято решение профилировать стенку корпуса так, чтобы в области более высоких частот толщина стенки была максимально тонкой, но все-таки конструктивно прочной. Плавное изменение толщины стенки корпуса от рабочей зоны в области верхних частот к рабочей зоне в области низких частот должно было обеспечить приемлемые радиотехнические характеристики широкополосной антенны. Для проверки радиотехнических характеристик по фиг.2 были изготовлены полусферические диэлектрические корпуса с переменной толщиной стенки из эпоксидного пресс-материала. На внешней поверхности корпуса был сформирован механическим путем углубленный рисунок, в который поместили спиральный излучатель антенны. Были собраны антенные блоки, и произведена их проверка по РТХ. Экспериментальные измерения на нескольких образцах антенн подтвердили сделанное предположение. Таким образом, установлена и экспериментально подтверждена зависимость частотной широкополосности спиральной антенны от профиля стенки полусферического диэлектрического корпуса из эпоксидного пресс-материала, имеющего относительно высокую диэлектрическую проницаемость. Диаграммы направленности широкополосных спиральных антенн с полусферическим диэлектрическим корпусом с переменной толщиной стенки из эпоксидного пресс-материала соответствуют техническим требованиям изделия. Остальные параметры антенн (КУ; КЭ; КСВН) также удовлетворяли техническим требованиям на эти антенны. По способу изготовления заявляемого антенного элемента наиболее близким по достигаемому техническому результату является способ изготовления размеростабильного изделия (патент Н 01 Q 15/16 (11) RU 02230406 C2, опубликован 10.06.2004 г.), заключающийся в изготовлении изделия за один цикл термокомпенсационным методом в комбинации с вакуумным формованием. Недостатком данного способа является использование композиционных материалов, имеющих способность поглощать электромагнитные волны, и большая трудоемкость. Целью изобретения является повышение технологичности и идентичности изготовления антенных элементов. Указанная цель достигается тем, что антенные элементы изготавливаются методом литьевого прессования (с последующей термообработкой) на пресс-форме, геометрические параметры рабочей поверхности которой повторяют с требуемой точностью наружный и внутренний диаметральные параметры антенного элемента, а углубленный рисунок, в котором размещается спиральный излучатель антенны, сформирован механическим путем. Для изготовления корпуса антенны из эпоксидного пресс-материала была спроектирована и изготовлена пресс-форма, позволяющая изготавливать детали методом литьевого прессования. Пресс-форма имеет один центральный литник, который представляет собой усеченный конус с Навеска пресс-материала засыпается в литниковую камеру. Режимы прессования:
Корпуса были изготовлены с точностью 12 квалитета. Наружный и внутренний диаметральные размеры полусферических корпусов обеспечиваются пресс-формой. На внешней поверхности корпуса сформирован механическим путем углубленный рисунок, в котором размещается спиральный излучатель антенны. С целью определения устойчивости антенн к воздействию климатических и механических факторов были собраны антенные блоки и проведены типовые испытания: 1. Проверка радиотехнических характеристик антенн в нормальных условиях на соответствие ТУ на изделие. 2. Испытание на воздействие циклического изменения температур от -60°С до + 85°С, всего 3 цикла. 3. Испытание на воздействие пониженной температуры среды при -60°С – 2 часа. 4. Испытание на воздействие повышенной температуры среды: а) при +85°С – 2,5 часа; при +140°С – 3 мин; б) при +85°С – 1,0 час; при +100°С – 10 мин. 5. Испытание на прочность при воздействии случайной широкополосной вибрации. 6. Испытание на прочность при воздействии ударов одиночного действия. 7. Испытание на прочность при воздействии ударов многократного действия. Вид типовых испытаний и проверка КСВН (коэффициент стоячей волны по напряжению) широкополосных спиральных антенн, навитых на заявляемый антенный элемент (полусферический диэлектрический корпус с переменной толщиной стенки из эпоксидного пресс-материала) приведены в таблице 2.
Таким образом, как это подтверждается результатами экспериментов, была решена поставленная задача и достигнут требуемый технический результат. Применение заявляемого антенного элемента – полусферического диэлектрического корпуса с переменной толщиной стенки из эпоксидного пресса-материала для широкополосной спиральной антенны – позволило увеличить ее частотную широкополосность, а также обеспечить работоспособность при воздействии вибрационных нагрузок в интервале температур -60°С-+140°С наряду с повышением технологичности и идентичности изготовления антенных элементов.
Формула изобретения
1. Антенный элемент, представляющий собой полусферический профилированный диэлектрический корпус для навивки спирального излучателя широкополосной антенны, отличающийся тем, что выполнен с уменьшением толщины стенки корпуса от основания к его вершине. 2. Антенный элемент по п.1, отличающийся тем, что выполнен из эпоксидного пресс-материала. 3. Способ изготовления антенного элемента методом литьевого прессования с последующей термообработкой, отличающийся тем, что прессование корпуса антенного элемента производят на пресс-форме, геометрические параметры рабочей поверхности которой повторяют с требуемой точностью наружный и внутренний диаметральные параметры корпуса антенного элемента, а углубленный рисунок, в котором размещается спиральный излучатель антенны, сформирован механическим путем.
РИСУНКИ
PD4A – Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение
(73) Новое наименование патентообладателя:
Адрес для переписки:
Извещение опубликовано: 10.09.2009 БИ: 25/2009
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
90 см) позволяют применить щелевой вариант спиральной антенны, работающей в метровом диапазоне волн (135 Мгц). Однако в дециметровом и сантиметровом диапазоне волн технологичнее применить полусферический диэлектрический корпус, на который навиваются спиральные излучатели из проволоки. В этом случае выбор диэлектрического материала и профиля стенки корпуса требует проведения экспериментальной отработки.
