СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ВОЛНОВОДНЫХ СВЧ-УСТРОЙСТВ Российский патент 2013 года по МПК H01P1/00 H01P11/00 

Описание патента на изобретение RU2475901C2

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для герметизации антенных, волноводных, невзаимных и прочих СВЧ-устройств.

В практике приборов СВЧ (И.В.Лебедев, Техника и приборы СВЧ. Под ред. Н.Д.Девяткова, Москва, «Высшая школа», 1970, стр.156-157) известны малогабаритные герметизирующие окна, содержащие диэлектрическую пластину и установленную с одной стороны от нее металлическую диафрагму, вакуумплотно спаянные друг с другом и стенками герметизируемого волновода.

Известны волноводное СВЧ-окно баночного типа (SU 1725685 A1, опубл. 28.02.1994), герметизирующее окно (патент РФ №2400873, МПК H01P 1/08, опубл. 27.09.2010), содержащие диэлектрические перегородки с компенсирующими элементами (диафрагмами, дисками и др.).

Недостатками этих устройств являются высокая сложность и стоимость изготовления, ухудшение (рост) КСВн (коэффициента стоячей волны), вызываемое явлениями отражения на границах раздела волноводной среды (воздух, вакуум) с диэлектрической проницаемостью 1, и материала диэлектрической перегородки (кварц, фторопласт, поликарбонат) с диэлектрической проницаемостью более 2, а также дополнительным рассеиванием и отражением от элементов крепления данных окон.

Известен способ герметизации с помощью герметизирующей секции с пенопластовым вкладышем (Справочник по радиорелейной связи. Под ред. С.В.Бородича, Москва, «Радио и связь», 1981, стр.67-68). Пенопласты обладают диэлектрической проницаемостью менее 2, и использование их в конструкции герметизирующей волноводной секции обеспечивает лучшее согласование с трактом. Поэтому в данном решении правильный подбор формы и материала пенопластового вкладыша может частично решить проблему ухудшения КСВн. Однако предлагаемая конструкция герметизирующей волноводной секции сложна, трудоемка, труднореализуема в волноводных устройствах малых сечений (миллиметрового диапазона) и также содержит элементы крепления, ухудшающие характеристики (КСВн) устройства.

Кроме того, все перечисленные устройства, выполняя функцию пылевлагозащиты волноводных трактов, не касаются решения задачи увеличения надежности крепления ферритовых и диэлектрических элементов, находящихся в некоторых волноводных узлах и устройствах, для создания конструкций, стойких к ударным и вибрационным воздействиям.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ заполнения элементов корпуса волноводного модуля специальным пеноматериалом, приведен в патенте на изобретение «Волноводный детекторный модуль миллиметрового диапазона длин волн» (патент РФ №2345450, МПК H01P 1/00, опубл. 27.01.2009).

Суть способа заключается в том, что корпус устройства состоит из двух половинок, каждая из которых перед монтажом внутренних элементов устройства (в данном случае диода с барьером Шоттки) с помощью несложной оснастки заполняются порошком ПЭН-01. В результате выдержки в печи в течение 2 часов при 80°C и в течение 6 часов при 120°C происходит вспенивание порошка и волноводные каналы заполняются пеноматериалом. Далее происходит монтаж диода и сборка устройства. Такое решение обеспечивает влагозащиту и стойкость изделия к ударным нагрузкам.

Недостатком данного способа является необходимость заполнения пенопластом каждой части корпуса изделия отдельно. К тому же для последующего монтажа внутренних элементов вспенивание необходимо производить в оснастке, предусматривающей полости для этих элементов. Таким образом, для каждого нового устройства необходима специальная оснастка, изготовление которой увеличивает расходы на изготовление устройства. В том случае, когда в волноводном тракте крепятся несколько элементов, герметизация по принципу, описанному в изобретении RU 2345450 (крепление элементов на линии разъема волноводного тракта), может либо слишком усложнить конструкцию самого устройства и оснастку для вспенивания, либо быть вообще невыполнимой.

Технический результат изобретения заключается, во-первых, в достижении высокой степени пыле- и влагозащиты волноводных систем без изменения их характеристик, в частности коэффициента стоячей волны (КСВн), во-вторых, в увеличении их вибро- и ударостойкости за счет дополнительного крепления ферритовых, диэлектрических или иных элементов, размещаемых внутри волноведущих каналов, в-третьих, в отсутствии необходимости усложнения и/или изменения конструкции устройства (окна, дополнительные разъемы) для его герметизации, в-четвертых, в отсутствии необходимости изготовления специальной оснастки для вспенивания, в-пятых, в возможности герметизации сложных СВЧ-устройств с множеством внутренних элементов, что невозможно другими способами с сохранением высокой степени пыле- и влагозащиты, а также вибро- и ударостойкости.

Технический результат достигается тем, что весь внутренний объем устройств после монтажа внутренних элементов заполняют гранулами пенополистирола, предвспененными в водной среде до насыпной плотности, равной заданной кажущейся плотности пенополистирола в устройствах, а затем вспенивают их непосредственно внутри устройств.

Из соображений минимизации потерь и явлений отражения вытекают требования к пенопласту -ε≤1,2 и tg δ≤1·10-3. Таким требованиям в полной мере отвечает пенополистирол с кажущейся плотностью менее 0,15 г/см3, который может быть получен из вспенивающегося постирола, в частности марки ПСВ-СУ (ТУ 2214-097-05766575-2002).

Экспериментально было установлено, что наилучшие результаты по однородности заполнения волноводных устройств, по уменьшению вносимых потерь СВЧ энергии и по исключению вероятности сдвига установленных в волноводных каналах элементов достигаются путем введения перед операцией вспенивания пенополистирола в изделии (здесь и далее под изделием подразумевается готовое СВЧ-устройство с уже смонтированными внутренними элементами), операции предвспенивания.

С целью устранения мелких невспенивающихся частиц и крупных частиц с большим содержанием порофора, вызывающих неоднородности в конечном материале, исходный порошок гранул вспенивающегося полистирола просеивали через латунные сетки для получения фракции частиц размером от 0,5 до 1,0 мм. Порцию просеянного материала доводили до насыпной плотности, близкой к расчетной кажущейся плотности пенополистирола в изделии. Это позволяет избежать перераспределения гранул при окончательном вспенивании пенополистирола в изделии, что исключает механическое давление на установленные в волноводных каналах элементы. Операцию предвспенивания выполняли путем кратковременного (около 5 секунд) погружения гранул в кипящую воду с последующим охлаждением в холодной воде. Далее предвспененные гранулы высушивали (над прокаленным силикагелем) и использовали для заполнения изделий.

Навеску предвспененного пенополистирола рассчитывали по формуле:

Р=V·p, где Р - масса предвспененного пенополистирола (г), V - объем заполняемого устройства (см3), ρ - заданная плотность пенополистирола в изделии (0,1-0,15 г/см3).

Гранулы предвспененного полистирола помещали как можно более равномерным слоем в заполняемое изделие. Далее открытые каналы изделия заглушали технологическими крышками, а изделие нагревали до температуры 100°C. В процессе нагревания гранулы материала размягчаются, расширяются и сплавляются между собой, образуя после охлаждения единый монолитный пеноматериал с равномерной ячеистой структурой, который прочно фиксирует ферритовые, диэлектрические или иные элементы, размещаемые внутри волноведущих каналов. Охлаждение изделия до комнатной температуры производили в вакууме для уменьшения усадочных явлений пенополистирола.

По данному способу изготовили герметизирующие волноводные секции сечением 2,2 мм × 1 мм длиной 100 мм, Y - разветвители циркулятора, ферритовые переключатели с заполнением пенополистиролом.

Измерения в полосе рабочих частот на панорамном измерителе КСВн типа Р2-65 показали, что заполнение волноводов приводит к увеличению потерь не более 0,05 дВ.

Для циркуляторов и ферритовых переключателей после заполнения пенополистиролом (с предвспениванием) величина прямых потерь увеличилась не более 0,1 дБ, изменение величины обратных потерь составила менее 2 дБ, а КСВн вырос не более чем на 0,1. Достигнутые показатели не изменились после термовлажных испытаний группы 2.1.1 ГОСТ. РВ 20.39.304, а также после воздействия транспортных вибронагружений и ударных нагрузок с ускорением до 1000 g в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Похожие патенты RU2475901C2

название год авторы номер документа
Способ получения пенополистирола 1977
  • Казаков Анатолий Федотович
  • Давыдко Василий Михайлович
  • Ильич Лариса Ивановна
  • Барановская Лидия Владимировна
SU730723A1
САМОЗАТУХАЮЩИЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ 2008
  • Гинзбург Леонид Исаакович
  • Таркова Евгения Михайловна
  • Синькевич Валерий Анатольевич
  • Сергеев Андрей Витальевич
  • Никулин Александр Владимирович
  • Лащинин Сергей Викторович
  • Басиладзе Леван Иосифович
RU2407760C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПОСОБНОГО ВСПЕНИВАТЬСЯ ПОЛИСТИРОЛЬНОГО ГРАНУЛЯТА 2009
  • Протосеня Григорий Анатольевич
  • Четаев Юрий Васильевич
  • Осипов Сергей Викторович
  • Рупышев Владимир Геннадьевич
RU2398791C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА 1967
  • А. В. Фатеев И. М. Карельштейн
SU191105A1
САМОЗАТУХАЮЩИЙ ПЕНОПОЛИСТИРОЛ 2014
  • Кетов Александр Анатольевич
  • Красновских Марина Павловна
  • Максимович Николай Георгиевич
RU2595676C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕДВСПЕНЕННОГО ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА И КОМПОЗИЦИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ 2009
  • Плаксунов Андрей Николаевич
  • Голубев Игорь Николаевич
RU2429124C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НЕКОМКУЮЩЕГОСЯ ВСПЕНИВАЮЩЕГОСЯ ПОЛИСТИРОЛА 1987
  • Шехтмейстер И.Э.
  • Бейлина В.И.
  • Абрамова В.Х.
  • Иванов В.М.
SU1462759A1
СПОСОБ ФОРМОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ВСПЕНИВАЮЩИХСЯ ПОЛИМЕРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ 2005
  • Плаксунов Андрей Николаевич
  • Голубев Игорь Николаевич
RU2328375C2
КРОЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ЧАСТИЦ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОЙ СМОЛЫ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ФОРМОВАНИЯ ПЕНОПЛАСТОВЫХ КОНТЕЙНЕРОВ 2004
  • Тан Цзяньшэн
  • Кауэн Дэвид Аллен
  • Пииспанен Деннис Х.
  • Уилльямс Майкл Т.
RU2328510C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ ВСПЕНИВАЮЩЕГОСЯ СТИРОЛЬНОГО ПОЛИМЕРА 2005
  • Гинзбург Леонид Исаакович
  • Таркова Евгения Михайловна
  • Крашенинников Александр Алексеевич
  • Мясищева Ирина Владимировна
RU2295439C2

Реферат патента 2013 года СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ВОЛНОВОДНЫХ СВЧ-УСТРОЙСТВ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для герметизации антенных, волноводных, невзаимных и прочих СВЧ-систем. В способе герметизации волноводных СВЧ-устройств весь внутренний объем устройств после монтажа внутренних элементов заполняют гранулами пенополистирола, предвспененными в водной среде до насыпной плотности, равной кажущейся плотности пенополистирола в устройствах, а затем вспенивают их непосредственно внутри устройств. Технический результат изобретения заключается в достижении высокой степени пыле- и влагозащиты волноводных систем без изменения их характеристик, в частности коэффициента стоячей волны (КСВн), а также увеличению вибро- и ударостойкости за счет дополнительного крепления ферритовых, диэлектрических или иных элементов, размещаемых внутри волноведущих каналов.

Формула изобретения RU 2 475 901 C2

Способ герметизации волноводных СВЧ-устройств, отличающийся тем, что весь внутренний объем устройств после монтажа внутренних элементов заполняют гранулами пенополистирола, предвспененными в водной среде до насыпной плотности, равной заданной кажущейся плотности пенополистирола в устройствах, а затем вспенивают их непосредственно внутри устройств.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2475901C2

ВОЛНОВОДНЫЙ ДЕТЕКТОРНЫЙ МОДУЛЬ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН 2008
  • Божков Владимир Григорьевич
  • Геннеберг Владимир Александрович
  • Петров Игорь Владимирович
  • Золотов Сергей Владимирович
RU2345450C1
Установка предварительного вспенивания пенополистирола 1974
  • Рамхен Христиан Филиппович
  • Суворов Вячеслав Николаевич
SU554166A1
ПИСТОЛЕТ-РАСПЫЛИТЕЛЬ ДЛЯ ДОЗИРОВАННОЙ ВЫДАЧИ ПЕНОМАТЕРИАЛА, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ПЕНОМАТЕРИАЛОМ ПОЛОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ В АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И СПОСОБ ДОЗИРОВАНИЯ ПЕНОМАТЕРИАЛА 1991
  • Матиас Паулс[Ch]
RU2033924C1
WO 2001086751 A1, 15.11.2001
US 7127796 B2, 31.10.2006.

RU 2 475 901 C2

Авторы

Седаков Андрей Юлиевич

Зефиров Виктор Леонидович

Захарычев Евгений Александрович

Даты

2013-02-20Публикация

2011-01-12Подача