RU2475901C2 - Method to seal waveguide microwave devices - Google Patents

Method to seal waveguide microwave devices Download PDF

Info

Publication number
RU2475901C2
RU2475901C2 RU2011100948/07A RU2011100948A RU2475901C2 RU 2475901 C2 RU2475901 C2 RU 2475901C2 RU 2011100948/07 A RU2011100948/07 A RU 2011100948/07A RU 2011100948 A RU2011100948 A RU 2011100948A RU 2475901 C2 RU2475901 C2 RU 2475901C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
devices
waveguide
elements
foamed
foam
Prior art date
Application number
RU2011100948/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011100948A (en
Inventor
Андрей Юлиевич Седаков
Виктор Леонидович Зефиров
Евгений Александрович Захарычев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова"
Priority to RU2011100948/07A priority Critical patent/RU2475901C2/en
Publication of RU2011100948A publication Critical patent/RU2011100948A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2475901C2 publication Critical patent/RU2475901C2/en

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: in the method to seal waveguide microwave devices the entire internal volume of devices after assembly of internal elements is filled with granules of foam polystyrene, previously foamed in a water environment to loose density, which is equal to apparent density of foam polystyrene in devices, and then they are foamed directly inside devices.
EFFECT: achievement of high extent of dust and moisture protection of waveguide systems without change in their characteristics, in particular, a standing wave ratio, increased vibration and shock resistance due to additional fixation of ferrite, dielectric or other elements placed inside wave-guiding channels.

Description

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для герметизации антенных, волноводных, невзаимных и прочих СВЧ-устройств.The invention relates to radio engineering and can be used for sealing antenna, waveguide, nonreciprocal and other microwave devices.

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.In the practice of microwave devices (I.V. Lebedev, Technique and microwave devices. Edited by N.D.Devyatkov, Moscow, Vysshaya Shkola, 1970, pp. 156-157), small-sized sealing windows containing a dielectric plate and an installed on one side of it is a metal diaphragm, vacuum-tightly welded to each other and the walls of the sealed waveguide.

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.).Known waveguide microwave window canned type (SU 1725685 A1, publ. 28.02.1994), a sealing window (RF patent No. 2400873, IPC H01P 1/08, publ. 09/27/2010) containing dielectric walls with compensating elements (diaphragms, disks and etc.).

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.The disadvantages of these devices are the high complexity and cost of manufacture, the deterioration (growth) of the VSWR (standing wave coefficient), caused by the phenomena of reflection at the interface of the waveguide medium (air, vacuum) with a dielectric constant of 1, and the material of the dielectric partition (quartz, fluoroplast, polycarbonate) with a dielectric constant of more than 2, as well as additional dispersion and reflection from the fastening elements of these windows.

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.A known method of sealing using a sealing section with a foam liner (Handbook of radio relay communication. Edited by SV Borodich, Moscow, "Radio and communication", 1981, pp. 67-68). Foams have a dielectric constant of less than 2, and their use in the design of the sealing waveguide section provides better alignment with the path. Therefore, in this solution, the correct selection of the shape and material of the foam liner can partially solve the problem of deterioration of VSWR. However, the proposed design of the sealing waveguide section is complex, time-consuming, difficult to implement in waveguide devices of small cross sections (millimeter range) and also contains fasteners that degrade the performance (VSWR) of the device.

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.In addition, all of the listed devices, performing the function of dust and moisture protection of waveguide paths, do not concern the solution of the problem of increasing the reliability of fastening ferrite and dielectric elements located in some waveguide nodes and devices to create structures that are resistant to shock and vibration.

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).The closest in technical essence to the proposed technical solution is a method of filling the elements of the body of the waveguide module with special foam, is given in the patent for the invention "Waveguide detector module of the millimeter wavelength range" (RF patent No. 2345450, IPC H01P 1/00, publ. 01.27.2009 )

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.The essence of the method lies in the fact that the body of the device consists of two halves, each of which, before installing the internal elements of the device (in this case, a diode with a Schottky barrier), is filled with PEN-01 powder using simple equipment. As a result of exposure in the oven for 2 hours at 80 ° C and for 6 hours at 120 ° C, foaming of the powder occurs and the waveguide channels are filled with foam. Next, the diode is mounted and the device is assembled. This solution provides moisture protection and resistance to shock.

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.The disadvantage of this method is the need to fill with foam plastic each part of the body of the product separately. In addition, for the subsequent installation of internal elements, foaming must be performed in a snap-in providing cavities for these elements. Thus, for each new device requires special equipment, the manufacture of which increases the cost of manufacturing the device. In the event that several elements are attached to the waveguide path, sealing according to the principle described in the invention RU 2345450 (fixing elements on the connector line of the waveguide path) can either complicate the design of the device itself and the equipment for foaming, or may not be possible at all.

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.The technical result of the invention consists, firstly, in achieving a high degree of dust and moisture protection of waveguide systems without changing their characteristics, in particular the standing wave coefficient (VSWR), and secondly, in increasing their vibration and shock resistance due to the additional fastening of ferrite, dielectric or other elements placed inside the waveguide channels, thirdly, in the absence of the need to complicate and / or change the design of the device (windows, additional connectors) for its sealing, fourthly, in the absence of due to the need to manufacture special equipment for foaming, fifthly, the ability to seal complex microwave devices with many internal elements, which is impossible in other ways while maintaining a high degree of dust and moisture protection, as well as vibration and shock resistance.

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.The technical result is achieved in that the entire internal volume of the devices after installation of the internal elements is filled with polystyrene foam granules pre-foamed in an aqueous medium to a bulk density equal to a given apparent density of polystyrene foam in the devices, and then foamed directly inside the devices.

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).From considerations of minimizing losses and reflection phenomena, the requirements for the foam -ε≤1,2 and tg δ≤1 · 10 -3 follow. Expanded polystyrene with an apparent density of less than 0.15 g / cm 3 , which can be obtained from expandable post-styrene, in particular PSV-SU grade (TU 2214-097-05766575-2002), fully meets these requirements.

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.It was experimentally established that the best results in uniformity of filling of waveguide devices, in reducing insertion losses of microwave energy and in eliminating the likelihood of shifting elements installed in waveguide channels are achieved by introducing expanded polystyrene foam into the product before foaming (hereinafter, the product means a finished microwave device with already mounted internal elements), pre-foaming operations.

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.In order to eliminate small non-foaming particles and large particles with a high porophore content that cause inhomogeneities in the final material, the initial powder of expandable polystyrene granules was sieved through brass grids to obtain a particle fraction from 0.5 to 1.0 mm in size. A portion of the sifted material was brought to a bulk density close to the calculated apparent density of polystyrene foam in the product. This avoids the redistribution of granules during the final foaming of expanded polystyrene in the product, which eliminates mechanical pressure on the elements installed in the waveguide channels. The pre-foaming operation was performed by briefly (about 5 seconds) immersing the granules in boiling water, followed by cooling in cold water. Next, the pre-expanded granules were dried (over calcined silica gel) and used to fill the products.

Навеску предвспененного пенополистирола рассчитывали по формуле:A portion of pre-expanded polystyrene foam was calculated by the formula:

Р=V·p,P = V гдеWhere Р - масса предвспененного пенополистирола (г),P is the mass of pre-expanded polystyrene foam (g), V - объем заполняемого устройства (см3),V is the volume of the filled device (cm 3 ), ρ - заданная плотность пенополистирола в изделии (0,1-0,15 г/см3).ρ is the set density of polystyrene foam in the product (0.1-0.15 g / cm 3 ).

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.Granules of pre-expanded polystyrene were placed as evenly as possible in the product to be filled. Next, the open channels of the product were plugged with technological covers, and the product was heated to a temperature of 100 ° C. During heating, the granules of the material soften, expand and melt together, forming after cooling a single monolithic foam with a uniform cellular structure, which firmly fixes ferrite, dielectric or other elements placed inside waveguide channels. The product was cooled to room temperature in a vacuum to reduce the shrinkage of polystyrene foam.

По данному способу изготовили герметизирующие волноводные секции сечением 2,2 мм × 1 мм длиной 100 мм, Y - разветвители циркулятора, ферритовые переключатели с заполнением пенополистиролом.By this method, sealing waveguide sections with a cross section of 2.2 mm × 1 mm and a length of 100 mm were made, Y — circulator splitters, ferrite switches filled with polystyrene foam.

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.Measurements in the operating frequency band on a panoramic swivel meter of type P2-65 showed that filling the waveguides leads to an increase in losses of not more than 0.05 dV.

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.For circulators and ferrite switches, after filling with expanded polystyrene (with pre-foaming), the value of direct losses increased by no more than 0.1 dB, the change in the value of reverse losses was less than 2 dB, and the VSWR increased by no more than 0.1. The achieved indicators did not change after the thermo-wet tests of group 2.1.1 GOST. PB 20.39.304, as well as after exposure to transport vibroloads and shock loads with acceleration up to 1000 g in three mutually perpendicular directions.

Claims (1)

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. A method of sealing waveguide microwave devices, characterized in that the entire internal volume of the devices after mounting the internal elements is filled with polystyrene foam granules pre-foamed in an aqueous medium to a bulk density equal to a given apparent density of polystyrene foam in the devices, and then foamed directly inside the devices.
RU2011100948/07A 2011-01-12 2011-01-12 Method to seal waveguide microwave devices RU2475901C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011100948/07A RU2475901C2 (en) 2011-01-12 2011-01-12 Method to seal waveguide microwave devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011100948/07A RU2475901C2 (en) 2011-01-12 2011-01-12 Method to seal waveguide microwave devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011100948A RU2011100948A (en) 2012-07-20
RU2475901C2 true RU2475901C2 (en) 2013-02-20

Family

ID=46847016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011100948/07A RU2475901C2 (en) 2011-01-12 2011-01-12 Method to seal waveguide microwave devices

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2475901C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU554166A1 (en) * 1974-12-04 1977-04-15 Предприятие П/Я Г-4466 Polystyrene foam pre-foaming installation
RU2033924C1 (en) * 1990-04-21 1995-04-30 Ратор Аг Spray gun for metered supply of foam material, particularly for filling cavities of parts in automotive industry
WO2001086751A1 (en) * 2000-05-05 2001-11-15 Stig Anders Petersson A method of fabricating waveguide channels
US7127796B2 (en) * 2001-07-06 2006-10-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a waveguide
RU2345450C1 (en) * 2008-01-16 2009-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") Waveguide detector module for millimeter waves

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU554166A1 (en) * 1974-12-04 1977-04-15 Предприятие П/Я Г-4466 Polystyrene foam pre-foaming installation
RU2033924C1 (en) * 1990-04-21 1995-04-30 Ратор Аг Spray gun for metered supply of foam material, particularly for filling cavities of parts in automotive industry
WO2001086751A1 (en) * 2000-05-05 2001-11-15 Stig Anders Petersson A method of fabricating waveguide channels
US7127796B2 (en) * 2001-07-06 2006-10-31 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a waveguide
RU2345450C1 (en) * 2008-01-16 2009-01-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") Waveguide detector module for millimeter waves

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011100948A (en) 2012-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dubrovka et al. Novel high performance coherent dual-wideband orthomode transducer for coaxial horn feeds
CN102868021A (en) High-performance frequency selection radar cover
US20210273321A1 (en) Antenna system
RU2475901C2 (en) Method to seal waveguide microwave devices
CN107848874B (en) Method for increasing transmission of radio frequency electromagnetic waves through insulating glass sheets
Salehi et al. Analysis, design and applications of the triple-mode conductor-loaded cavity filter
Samad et al. Analysis and Modeling of Propagation in Tunnel at 3.7 and 28 GHz.
US20220352650A1 (en) Dual-band multimode antenna feed
Singh et al. Enhancing satellite communications: Temperature-compensated filters and their application in satellite technology
Al Henawy et al. Planar antenna arrays at 60 GHz realized on a new thermoplastic polymer substrate
Nagatomo et al. Prediction of 28 GHz propagation characteristics in an indoor office environment based on large-scale computer simulations
Gray et al. Integrated transition with dielectric rod for vacuum chamber
Lodro et al. A short review on progress for 5g mm wave cellular communication networks
RU2265259C1 (en) Polarized selector
Murugan et al. Frequency selective transparent front door for microwave-oven
KR101187362B1 (en) Corona Free Diplexer for Launcher Space Applications
Gadelrab et al. Dual Linear Polarized Antenna Feed for LEO Satellites
Kolundzija et al. Emulating magnetic ferrite tiles properties by wipl-d software suite
Ravishankar Analysis of shaped beam dielectric lens antennas for mobile broadband applications
Al-Jzari et al. MIMO Channel Characterization at MmWave Bands for Typical Indoor Environments
Montisci et al. An Improved Rectangular Waveguide Thermal Isolator for Radio Astronomy Applications
JP2023081619A (en) Dielectric waveguide and wireless antenna
Qi et al. 140GHz low-profile and high-gain slot array antennas
Piltyay et al. Polarization Converter for Satellite Systems
Eom et al. A Study on Ka band Qualification Model Multiplexers for Communication, Ocean and Meteorological Satellite (COMS) Payload

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20190514