Способ изготовления поляризационного параболического трансрефлектора Российский патент 2024 года по МПК H01Q15/16 H01Q15/22 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при изготовлении антенн радиолокационных систем миллиметрового диапазона.

Антенны с поворотом плоскости поляризации (АППП) получили широкое распространение в радиолокационных системах различного назначения и в частности» в головках самонаведения миллиметрового диапазона длин волн, существенно повышающих тактико-технические характеристики боеприпасов как в обычном, так и ядерном оснащении.

АППП состоит из трех основных элементов - облучателя, трансрефлектора и твистрефлектора.

В статье (Кузьмин А.А, Михайлов А.Н. Антенна с поворотом плоскости поляризации на основе плоского транс-рефлектора. Сборник трудов 27-й международной крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КРЫМИКО'2017), 2017 г., стр. 340-345) отмечается, что наиболее сложным, с точки зрения изготовления, элементом антенны является трансрефлектор, поскольку представляет собой параболическую чашу из диэлектрического материала с расположенной на ее поверхности поляризационной решеткой из металлических полосок.

Высокая трудоемкость его изготовления обусловлена тремя факторами:

- криволинейной поверхностью параболической формы;

- необходимостью металлизации параболической поверхности;

- необходимостью создания поляризационной структуры на металлизированной параболической поверхности.

Известно техническое решение, описанное в патенте US 6006419 А, опубл. 28.12.1999, согласно которому параболический трансрефлектор изготавливается с использованием пленки-носителя, на которой нанесены параллельно расположенные проводники. Проводники формируют путем напыления металлов из газовой фазы или нанесением проводящих чернил. Пленка с проводниками размещается в литьевой пресс-форме, куда поступает диэлектрик. Проводящий рисунок переносится с пленки-носителя на поверхность диэлектрика и принимает параболическую форму. Впоследствии пленка-носитель может быть удалена. Однако данную технологию нельзя назвать простой. В ней участвует промежуточный удаляемый материал - пленка. Неизбежны трудности с обеспечением адгезии диэлектрика к проводникам и отсутствия ее к материалу пленки. Сложен и выбор материала пленки, которая не должна образовывать складок при формовке и не деформироваться при действии температур литья материала диэлектрика.

В патенте US 4001836 А, опубл. 28.02.1975, приведен способ изготовления параболических трансрефлекторов путем формирования проводников фотохимическим методом на плоских гибких сегментах, которые потом размещаются и крепятся на внутренней поверхности параболоида. Однако изготовление таких выкроек (сегментов), их совмещение на параболической поверхности и крепление к ней трудно реализуемо (особенно при ширине проводников и зазоров в десятки микрон).

Создание перспективных АППП миллиметрового диапазона оказалось технически сложной задачей из-за необходимости формирования на параболической поверхности решетки с малыми размерами (десятки микрон) проводников и зазоров между ними. Одним из вариантов решения этой задачи было техническое решение формирования на криволинейной поверхности проводящих проводников с помощью лазерного луча, описанное в патенте US 4937425 А, опубл. 26.06.1990. При этом поверхность диэлектрика покрывается металлоорганическим веществом, а сфокусированный лазерный луч, перемещающийся по заданной программе вызывает локальное разложение (пиролиз) этого вещества и формирование металлических осадков в виде проводников. Данная технология характеризуется высокой трудоемкостью и токсичностью процесса. Кроме того, металлические осадки, полученные таким способом непрочные (рыхлые) и химически нестойкие.

Известно, что для изготовления трансрефлекторов АППП дециметрового диапазона было найдено техническое решение формирования поляризационной решетки трансрефлектора с использованием проволоки круглого или прямоугольного сечения в качестве проводников, расположенных с постоянным шагом, приведенное в патенте РФ№2461928, опубл. 20.09.2012, бюл. 26. Трудоемкость таких изделий также высока, так как требует сложной оснастки для намотки и операции пленкообразования. Кроме того, данная технология нереализуема в случаях малых размеров проводников и зазоров между ними.

Прототипом заявляемого изобретения выбран способ изготовления поляризационного параболического антенного отражателя, описанный в патенте РФ №2047250, опубл. 27.10.1995, согласно которому поляризационные параболические антенные отражатели изготавливались механическим путем, что включало предварительное изготовление фазосдвигающих элементов поляризационной отражающей решетки и параболического зеркала из диэлектрика. Элементы изготавливались с применением отрезков металлических труб прямоугольного сечения. С помощью лих отрезков формировалась поляризационная решетка на диэлектрике. Такие АППП характеризовались громоздкостью, высокой трудоемкостью изготовления и работали только в метровом диапазоне длин волн.

Задачей предлагаемого изобретения является создание технологичного способа изготовления параболического трансрефлектора миллиметрового диапазона длин волн с малыми размерами (десятки микрон) проводников и зазоров между ними.

Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления транс-рефлекторов миллиметрового диапазона и надежности соединения проводников поляризационной решетки с поверхностью диэлектрического слоя.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления поляризационного параболического трансрефлектора проводники поляризационной решетки формируют на плоской фольгированной подложке из термопластичного диэлектрика путем фототравления, после чего полученной структуре придают параболическую форму термоформованием, таким образом, что проводники поляризационной решетки расположены внутри трансрефлектора.

Способ осуществляется путем использования ряда материалов и технологических операций, используемых при производстве печатных плат. Существенное снижение трудоемкости изготовления трансрефлектора и обеспечение высокой прочности соединения проводников с диэлектриком достигается при использовании неармированного термопластичного фольгированного диэлектрического материала, который должен иметь относительную диэлектрическую проницаемость ε≤3 и минимальный тангенс угла потерь. Данными характеристиками обладает отечественный материал марки ФФ-4 (фторопласт фольгированный) ГОСТ 21000-81. Диэлектрические характеристики данного материала следующие:

- tgδ, при частоте 10⁶ Гц: не более 4⋅10^-4;

- ε, при частоте 10⁶ Гц: 2.0±0.1.

Способ изготовления трансрефлектора заключается в следующем.

На плоской заготовке из термопластичного фольгированного с одной стороны диэлектрического материала формируют проводники поляризационной решетки трансрефлектора. Заготовка из фольгированного материала ФФ-4 подвергалась стандартным для производства печатных плат операциям:

- подготовка поверхности перед нанесением фоторезиста;

- нанесение фоторезиста;

- экспонирование проводящего рисунка через фотошаблон;

- травление прецизионного рисунка.

Поверхность заготовок подготавливали на линии подготовки поверхности в растворах кислого обезжиривания и подтравливания на основе органических кислот при следующем режиме:

- температура раствора обезжиривания, °С: 25;

- температура раствора микротравления, °С: 30;

- скорость конвейера, м/мин: 1,3.

Фоторезист марки HD 750 наносили на установке нанесения сухою пленочного фоторезиста.

Экспонирование рисунка проводили на установке ультрафиолетового (УФ) экспонирования через фотошаблон. Проводилась засветка рисунка с помощью УФ-ламп.

Травление рисунка проводили на установке кислого травления. Предварительно исследовалась степень «подтрава» и учитывалась в управляющей программе изготовления фотошаблона. Точность (погрешность) формируемой топологии (ширина проводников и зазоров) не превышает 5 мкм.

Из полученной заготовки фрезерованием вырезалась плоская деталь с требуемыми размерами, которая с помощью пресс-формы прямого прессования при температуре (300±100°С) и давлении от 1 до 10 МПа формовалась для придания ей необходимой параболической формы. Пресс-форма изготавливалась с учетом придания формуемой заготовке параболической формы, описываемой уравнением х²+у² = 4fz, где f=90 мм - координата фокуса параболы. Отформованные изделия использовались для сборки АППП согласно конструкторской документации.

Как показали исследования, разрывов проводников не наблюдалось, а изменения зазоров между ними составляли 5-10 мкм и не отражались на работоспособности антенн.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при изготовлении антенн радиолокационных систем миллиметрового диапазона. Технический результат заключается в повышении технологичности изготовления трансрефлекторов миллиметрового диапазона и надежности соединения проводников поляризационной решетки с поверхностью диэлектрического слоя. Технический результат достигается тем, что в способе изготовления поляризационного параболического трансрефлектора проводники поляризационной решетки формируют на плоской фольгированной подложке из термопластичного диэлектрика путем фототравления, после чего полученной структуре придают параболическую форму термоформованием таким образом, что проводники поляризационной решетки расположены внутри трансрефлектора.

Способ изготовления поляризационного параболического трансрефлектора, отличающийся тем, что проводники поляризационной решетки формируют на плоской фольгированной подложке из термопластичного диэлектрика путем фототравления, после чего полученной структуре придают параболическую форму термоформованием таким образом, что проводники поляризационной решетки расположены внутри трансрефлектора.