Гібридна мікросмужкова антенна решітка

Реферат: UA 88591 U UA 88591 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області антенної техніки і може бути використана в радіотехнічних системах зв'язку. Відомий як вид антен - друковані, мікросмужкові антенні решітки [1]. Основані вони на технології виготовлення друкованих плат методом фотолітографії, способом стравлювання металізації, метод травлення або способом напилення металевого пилу. Але мікросмужкові (МС) антенні решітки (АР) при всій своїй прогресивній технології виготовлення мають недоліки. А саме, з причини своєї конструкції, наявності конструктивної основи, у вигляді базового фольгованого діелектрика, з якого вони виготовляються, після фотолітографічної обробки має на одній стороні металеву фольгу, екран, а на іншій розведення надвисокі частоти (НВЧ) сигналу та антенні елементи і все це зчеплене з діелектричною основою базового фольгованого діелектрика. Така конструкція не дозволяє мінімізувати собівартість виробництва відомих МС АР, а також мінімізувати втрати НВЧ сигналу в такому вигляді антен, вони визначаються фотолітографією і самим фольгованим діелектриком. Вартості фотолітографії та фольгованих діелектричних пластин порівняно дешеві, а якщо виготовляється велика МС АР, то даний фактор сильно позначається на вартості всієї радіотехнічної системи, в якій дана МС АР застосована. Також дана особливість певної МС АР не дозволяє надати їй відповідну жорсткість конструкції без застосування додаткових конструктивних добавок. Цей недолік відсутній у пропонованій гібридній мікросмужковій антенній решітці, яка вже дозволяє мінімізувати собівартість її виробництва і мінімізувати втрати НВЧ сигналу в розведенні МС АР, а також збільшить жорсткість конструкції. Рішення поставленої задачі досягається тим, що гібридна МС АР має наступне: другий діелектричний шар, у вигляді нефольгованої діелектричної пластини, підкладки, а як екран використовується металева основа, наприклад жерсть, розташована металева підкладка з однією із сторін діелектричної пластини, а з іншого боку діелекричної пластини, також впритул до неї, є дуже тонкий діелектрик з топологією МС АР, у вигляді тонкої фольги металізації. Якщо з відомих МС АР екран і топологія розміщені на базовому діелектрику, то в заявленому МС АР всі вони спочатку, до збирання, є конструктивно самостійні елементи, деталі, а при складанні з'єднуються впритул відповідними поверхнями склеюванням або інакше і фіксуються. Поставлена задача вирішується тим, що в гібридній МС АР функції діелектричної підкладки МС АР, маски топології екрана виконують різні складові частини МС АР, деталі МС АР. У відомих же МС АР всі вони об'єднані, екран, діелектрична підкладка топологія об'єднані, виконані на одній конструктивній одиниці, заготовці, а заготовкою є спочатку фольгована діелектрична підкладка. Одна сторона цієї металізованої діелектричної підкладки після фотолітографії являє собою екран у відомих МС АР, а друга сторона являє собою топологію розведення НВЧ сигналу МС АР та антенні елементи. Все це виготовлено однією технологією, технологією фотолітографії, методом травлення або методом напилення, або іншим способом. Такий поділ функціональних одиниць у гібридній МС АР дозволило зменшити питому вартість (вартість одиниці її площі), зменшити в ній втрати НВЧ сигналу і надати додаткову жорсткість конструкції самої МС АР. Так, металева підкладка дозволить збільшити жорсткість МС АР, оскільки нічого не заважає вибрати її необхідної товщини, з відповідною міцністю, а діелектричну підкладку можна вибрати з існуючих діелектриків з мінімально можливим тангенсом діелектричних втрат tδ і з необхідною для зменшення втрат малою діелектричною проникністю діелектрика, а топологію розведення МС АР можна розмістити в принципі на довільному, але досить тонкому діелектрику, але вже не звертаючи увагу на необхідність мати в ній низький tgδ, що далеко не завжди можна забезпечити в фольгованій діелектричній пластині, заготовці відомих МС АР. У них все це, вартість, втрати, жорсткість, вже як даність, вони визначені вибраним фольгованим діелектриком, що є базовим конструкційним елементом в ній. Щільне конструктивне об'єднання цих компонентів у гібридній МС АР забезпечується клеєм або просто фіксацією із стискуванням, або іншим засобом. Все це в гібридній МС АР дозволило отримати малу собівартість виготовлення, що дуже важливо, коли МС АР повинна являти собою антену великих розмірів. Таким чином запропонована гібридна МС АР дозволяє вирішувати наступні технічні завдання: 1). Суттєво зменшити собівартість виробництва такої антени, особливо при великих її розмірах; 2). Забезпечувати мінімізацію втрат в гібридній МС АР; 3). А застосування металевої підкладки як самостійної деталі, незалежного елемента гібридної МС АР дозволило збільшити міцнісні властивості такої антени, її жорсткість. 1 UA 88591 U 5 10 15 20 25 30 Запропонована у відповідності до корисної моделі гібридна мікросмужкова фазована антенна решітка дозволила вирішити за рахунок застосування відмінних ознак поставлені технічні задачі наступним чином: Згадана технічна задача 1) у цій корисній моделі вирішена тим, що в ній не пов'язане вибором компонентів певною МС АР в одній заготовці, фольгованому діелектричному матеріалі, та й сама технологія фотолітографії далеко не дешева, ніж звичайне склеювання або фіксація і притиснення всіх складових такої антени іншими засобами. Згадана технічна задача 2) у цій корисній моделі вирішена тим, що нічого не заважає вибрати діелектричну підкладку з існуючих діелектриків, які мають мінімально можливий тангенс діелектричних втрат tgδ, і вибрати оптимально малу діелектричну проникність діелектрика, які в комплексі і забезпечують мінімізацію втрат НВЧ сигналу в заявленій гібридній МС АР. Згадана технічна задача 3) у цій корисній моделі вирішена тим, що в ній використовується як екран не фольга фольгованого діелектрика, а жорстка металева пластина, що забезпечує збільшення жорсткості конструкції в такій гібридній МС АР без застосування додаткових конструктивних одиниць. Короткий опис креслень Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, приведеними на фігурах 1 і 2 тільки з метою ілюстрації, але ніяк не обмежують суть і обсяг корисної моделі. на фіг. 1 - поперечний розріз гібридної МС АР; на фіг. 2 - показаний загальний вигляд гібридної МС АР. Докладний опис корисної моделі Гібридна мікросмужкова (МС) антенна решітка (АР) складається з наступного, трьох підкладок, див. фіг. 1, розташованих кожна одна поверх іншої, а саме, металева підкладка, екран 1, потім діелектрична підкладка 2, далі тонка діелектрична підкладка 3 з топологією МС АР 4 на одній з її сторін. При необхідності всі три компоненти склеюються між собою клеєм 5, див. фіг. 1а, суміжними поверхнями або щільно зафіксовані і стиснуті зовнішніми середовищами 6, див. фіг. 1б. Розглянемо питання мінімізації втрат НВЧ сигналу в розведенні МС АР. Як відомо [2] втрати МС розводці розкладаються на три складові, αΣ=αд+αпр+αи, втрати в діелектрику αд, втрати в провіднику αпр і втрати за рахунок випромінювання НВЧ сигналу МС лініями αи. Втрати в діелектрику, αд 35 40 втрати на випромінювання МП елементами розведення  и 320   h 2 и  ( ) дб од.довж. , Z  де Ζ - хвильовий опір лінії МС; h - товщина підкладки діелектрика і втрати в металі МС лінії, пр 50 545  f  дб од.довж., bZ де f - частота ГГц, b - ширина лінії МП, σ - питома провідність провідника, для міді σ=5,8·107 см/м. Не важко побачити, що зменшити, мінімізувати втрати в діелектрику можна зменшенням tgδ діелектричної підкладки, а також оптимізувавши наступні параметри, товщину діелектричної підкладки h, ширину МС ліній b і величину хвильового опору лінії МС Ζ за допомогою оптимізації (а в цілому мінімізації) εr діелектричної підкладки. Більше підходить як діелектрична підкладка повітря, точніше вакуум, який має практично нульовий тангенс, а εr, одиницю. Але такий діелектрик не дозволяє належним чином сконцентрувати ТЕМ хвилі під смужками МС ліній, в результаті втрати на випромінювання будуть значними, тому слід мати трохи більший εr діелектричної підкладки, що відрізняється від одиниці. пр  45 r еф tg дб од.довж. ,  де, r еф - ефективна діелектрична проникність діелектрика;  - довжина хвилі,  д  27,3 2 UA 88591 U -4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Фторопласт начебто має найбільш підходящий tgδ, досить малий, ~10 . А ось тонкий пінопласт або щось подібне, у вигляді спіненого матеріалу, в якому повітря перемішується з діелектричним матеріалом, що мав малий тангенс втрат, був би більш відповідним з позиції мінімізації tgδ і додання εr необхідного значення. Так пінопласт ПСБ-С15 містить 98 % повітря і -4 2 % полістиролу, полістирол має tgδ=3-4 10 за 1 МГц і діелектричну проникність 2,49…2,6, 3 див., хімічну енциклопедію. Вартість ПСБ-15 ~1000 руб/м . Можна навести й інші приклади. Таким чином, що стосується електричних параметрів, що впливають на втрати, маємо наступне, порівнявши досить непоганий фольгований фторопласт, типу ФАФ-4Д зі спіненим матеріалом типу ПСБ-С15 маємо наступне: -4 ФАФ-4Д має tgδ=5·10 , εr=2,5 (на частоті 10 ГГц), -4 ПСБ-15 має такі компоненти: полістирол, 2 % з tgδ=3-4·10 і εr=2,5 від всієї маси пінопласту і -5 повітря, 98 % з tgδ≤10 , εr=1. При цьому, якщо матеріали, засновані на технології виготовлення ПСБ-С15, мають динаміку, тенденцію поліпшення її основних електричних характеристик, що впливають на зменшення втрат ПВЧ сигналу в розведенні МС АР, то матеріали типу ФАФ-4Д це даність шляхів для зменшення в ній втрат не видно. Тепер розглянемо питання вартості гібридної МП АР і порівняємо її відомою МС АР. 2 Якщо перерахувати ПСБ-С15, його вартість на розмір 1,0 дм то виходить 1/50 руб. або 1/200 грн (курс 1 грн відповідає приблизно 4 руб.), або 1/4000 $ США (курс 1$ США відповідає 2 приблизно 8 грн). З одного кубометра ПСБ-С15 можна виготовити 50000 шт пластинок 1 дм завтовшки менш як 2 мм 2 Ціна фольгованого фторопласту ФАФ-4Д товщиною 1,5 мм має ціну 3,9 $/дм . Носієм топології в гібридній МС АР пропонується дуже тонкий односторонньо фольгований матеріал, наприклад односторонньо фольгований поліімід типу ПФ-1-35-0,1 (Позначення: 1 означає, що він односторонньо фольгований, далі, товщина фольги 35 мкм і товщина самої -3 поліімідної плівки 0,1 мм). Його електричні параметри εr=3,5 на частоті 1 МГц, a tgδ=10 . 2 Вартість ПФ-1-35-0,1 500 грн за погонний метр шириною 250 мм, ціна 1 дм 20 руб., 5 грн або 0,62 $. 2 Виготовлення методом травлення односторонньо фольгованої плати 1,1 $/дм , а 2 двосторонньої 2,9 $/дм . Вартість металевого екрана. Використовуємо жерсть. Ціна одного листа жерсті складе 100 2 2 грн (2×1,5 м), 0,33 грн/дм , 0,04 $/дм . Витрати на збірку. Гібридну МС АР, зображену на фіг.1 збирає один складальник. За один 2 робочий день він збере 50 комплектів розміром 300×200 мм, 6 дм . Якщо зарплата робітника в 2 2 місяць складе 4000 грн, витрати на складання будуть 4000/(20×50×6)=0,7 грн/дм , 0,08 $/дм . 2 Вартість оснащення з розрахунку виготовлення на ньому 1 дм менше 0,2 грн. 2 2 Клей, наприклад, типу "Момент - 88", його питома вартість складе 2 грн/дм , 0,25 $/дм . Отже, ціна МС АР, виготовлена за відомою технологією, технологією виготовлення 2 2 2 друкованих плат, складе 3,9 $/дм (ціна ФАФ-4Д) + 2,9 $/дм (вартість виготовлення 1 дм ) 2 2 разом 6,8 $/дм . Вартість такої антени 6,8 $/дм . 2 2 Ціна гібридної МС АР буде становити 0,62 $/дм (ПФ-1-35-0,1) + 1/4000 $/дм (ПСБ-С15) + 2 2 2 0,04 $/дм (жерсть) + 0,25 $/дм (клей "Момент-88") + 1,1 $/дм (виготовлення односторонньо 2 2 фольгованого ПФ-1-35-0,1) + 0,08 $/дм (затрати на збирання) + 0,25$/дм (ціна оснастки з 2 2 розрахунку на виготовлення 1 дм ), разом 2,115 $/дм . 2 Отже, ціна відомої МС ФАР з розрахунку на 1 дм 6,8 $, а гібридної МС ФАР - менше 2,2 $, що більш ніж в три рази дешевше. Застосування жорсткого екрана, наприклад жерсті, що безсумнівно жорсткіше металізації в ФАФ-1, дозволило збільшити міцність, жорсткість гібридної МС АР. Ця гібридна МС АР була впроваджена, вона застосована в радіопроменевих охоронних системах. У ній вартість антен істотно вище, ніж вартість інших її блоків і вузлів. Ось тому і виникла задача знайти шляхи її вирішення, зменшення вартості МС АР (реально вартість зменшена майже в 10 разів), а вже попутно, досягли і поліпшення інших її параметрів. Практика показала, що достатньо велика смуга, відносно велика смуга робочих частот у гібридній МС АР знаходиться в межах допустимого лінійного розширення його компонентів (за рахунок малої εr і взятої більшої товщини діелектрика). Висновки. Отже, у цій корисній моделі відмова від застосування фотолітографії та застосування твердого діелектрика у вигляді спіненого НВЧ діелектрика і дуже тонкого односторонньо фольгованого матеріалу як носія розводки топології МС АР і твердого екрана дозволило зменшити вартість, питому вартість більш ніж в три рази і зменшити втрати НВЧ сигналу в розведенні, а також підвищити жорсткість її конструкції. Крім того, якщо топологію 3 UA 88591 U 5 розведення розмістити так, щоб малюнок її був звернений до діелектрика, то це дозволить позбутися застосування захисного покриття в гібридній МС АР. Список використаної літератури 1. Панченко Б.А., Нефёдов Е.И. Микрополосковые антенны. - Μ., 1986 г. 2. Проектирование полосковых устройств СВЧ. - Ульяновский государственный технический университет, Министерство образования Российской Федерации. Учебное пособие. Ульяновск, 2001 г. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Гібридна мікросмужкова антенна решітка, що складається з екрана, тонкого діелектрика і топології антени у вигляді металізації, яка відрізняється тим, що екран являє собою тверду плоску металеву основу у вигляді, наприклад, жерсті, першого тонкого діелектрика неметалізованого і другого діелектрика, але суттєво тонше першого, на якому є топологія антени у вигляді металізації на одній з її площин, всі вони, три конструктивні одиниці, з'єднані впритул між собою площинами. 4 UA 88591 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5