RU2577918C1 - Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method - Google Patents
Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2577918C1 RU2577918C1 RU2014136727/28A RU2014136727A RU2577918C1 RU 2577918 C1 RU2577918 C1 RU 2577918C1 RU 2014136727/28 A RU2014136727/28 A RU 2014136727/28A RU 2014136727 A RU2014136727 A RU 2014136727A RU 2577918 C1 RU2577918 C1 RU 2577918C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- waveguide element
- carbon composite
- microwave device
- matrix
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
Abstract
Description
Изобретение относится к конструированию и изготовлению антенно-фидерных устройств (АФУ): СВЧ волноводов и устройств на основе волноводов, включая антенны (зеркальные, рупорные, вибраторные и др.), с применением композитных материалов.The invention relates to the design and manufacture of antenna-feeder devices (AFU): microwave waveguides and devices based on waveguides, including antennas (mirror, horn, vibrator, etc.), using composite materials.
Ранее в антенной технике композитные материалы использовались при изготовлении отдельных частей конструкций с целью увеличения прочности, долговечности и уменьшения веса устройств. Отличие данного изобретения от имеющихся прототипов состоит в использовании при изготовлении АФУ графеносодержащих углекомпозитных материалов, обладающих высокой электропроводностью. Дополнительным преимуществом этих материалов является то, что их проводимость, в зависимости от способа изготовления материала, может быть анизотропной.Previously, in antenna technology, composite materials were used in the manufacture of individual parts of structures in order to increase strength, durability and reduce the weight of devices. The difference of this invention from existing prototypes is the use of graphene-containing carbon composite materials with high electrical conductivity in the manufacture of AFUs. An additional advantage of these materials is that their conductivity, depending on the method of manufacturing the material, can be anisotropic.
Стремительный рост во всем мире новых технологий производства углекомпозитных материалов объясняется уникальным сочетанием высоких физико-механических и технологических возможностей, созданных из них изделий. В настоящее время данные материалы широко используются в аэрокосмической, кораблестроительной и автомобильной промышленности и признаны в мире высокоэффективными в техническом и экономическом плане. Создание новых изделий из композитных материалов, изготовленных на основе углеродных волокон и тканей, является одним из значимых направлений развития научно-технического прогресса.The rapid growth worldwide of new technologies for the production of carbon composite materials is explained by the unique combination of high physical, mechanical and technological capabilities created from them products. Currently, these materials are widely used in the aerospace, shipbuilding and automotive industries and are recognized as highly effective in the world in technical and economic terms. The creation of new products from composite materials made on the basis of carbon fibers and fabrics is one of the significant directions in the development of scientific and technological progress.
Исследования, проведенные в области конструирования и изготовления АФУ, показали принципиальную возможность использования композитных материалов не только в качестве элементов изделий, но и самих антенно-фидерных систем в СВЧ диапазоне радиочастот. В зависимости от условий изготовления, графеносодержащие углекомпозитые материала (в отличие от металлических сплавов) могут обладать анизотропной электропроводностью, что может существенно влиять на распространение электромагнитных волн в волноводах и рассеяние их на решетчатых дипольных структурах и позволяет добиваться требуемых на практике электродинамических параметров АФУ, таких как диаграмма направленности (ДН), коэффициент усиления (КУ), коэффициент направленного действия (КНД) и т.д.Studies conducted in the field of design and manufacture of AFUs have shown the fundamental possibility of using composite materials not only as elements of products, but also antenna-feeder systems in the microwave range of radio frequencies. Depending on the manufacturing conditions, graphene-containing carbon composite materials (in contrast to metal alloys) can have anisotropic electrical conductivity, which can significantly affect the propagation of electromagnetic waves in waveguides and their scattering on lattice dipole structures and allows one to achieve the electrodynamic parameters of AFUs required in practice, such as radiation pattern (gain), gain (gain), directional coefficient (gain), etc.
Как показал анализ проведенных патентных исследований, при решении задач конструктивного исполнения элементов радиотехнических устройств и антенн в СВЧ диапазоне широкое применение получили метаматериалы. В частности, для миниатюризации элементов СВЧ техники, они использовались при изготовлении подложек для антенн и печатных плат [см. CH. Бойко, В.Г. Веселаго, Е.А. Виноградов, А.А. Жуков. Малогабаритные антенны на основе метаматериалов (Практические аспекты). Антенны. 2012 г., №12; Слюсар В. Метаматериалы в антенной технике. Основные принципы и результаты. Первая миля, 3-4/2010, с. 44-60; RU 2480870 Многодиапазонная антенна круговой поляризации с метаматериалом]. Известно также использование композитных диэлектрических метаматериалов в качестве элементов волноводов и рупорных антенн (вставки, гребенчатые структуры, покрытия) для улучшения их характеристик направленности, рассеяния, отражения и т.п. [см. Zhigang Xiao & Huiliang Xu. Low Refractive Metamaterials for Gain Enhancement of Horn AntennaJ Infrared Milli Terahz Waves (2009) 30:225-232 DOI 10.1007/s 10762-008-9449-3; M. Lashab, H.I. Hraga, Read Abd-Alhameed, C. Zebiri, F. Benabdelaziz, S. M. R. Jones. Horn Antennas Loaded with Metamaterial for UWB Applications. PIERS ONLINE, VOL. 7, NO. 2, 2011, p. 161-165].As shown by the analysis of patent research, metamaterials have been widely used in solving the problems of constructive design of elements of radio engineering devices and antennas in the microwave range. In particular, to miniaturize the elements of microwave technology, they were used in the manufacture of substrates for antennas and printed circuit boards [see CH. Boyko, V.G. Veselago, E.A. Vinogradov, A.A. Zhukov. Small antennas based on metamaterials (Practical aspects). Antennas 2012, No. 12; Slyusar V. Metamaterials in antenna technology. Basic principles and results. The first mile, 3-4 / 2010, p. 44-60; RU 2480870 Multi-band circular polarized antenna with metamaterial]. It is also known to use composite dielectric metamaterials as elements of waveguides and horn antennas (inserts, comb structures, coatings) to improve their directivity, scattering, reflection, etc. [cm. Zhigang Xiao & Huiliang Xu. Low Refractive Metamaterials for Gain Enhancement of Horn AntennaJ Infrared Milli Terahz Waves (2009) 30: 225-232 DOI 10.1007 / s 10762-008-9449-3; M. Lashab, H.I. Hraga, Read Abd-Alhameed, C. Zebiri, F. Benabdelaziz, S. M. R. Jones. Horn Antennas Loaded with Metamaterial for UWB Applications. PIERS ONLINE, VOL. 7, NO. 2, 2011, p. 161-165].
Известны патенты и другие публикации, в которых описано использование углекомпозитных материалов в качестве элементов конструкций антенн, волноводов, рефлекторов, корпусов и отдельных частей высоконагруженных конструкций; указанное использование не связано с наличием электропроводности у углекомпозитных материалов. Известны также космические рефлекторные антенны, изготовленные из углепластиковых материалов. При этом для обеспечения электропроводности отражающей поверхности антенны требовалось применение металлизированного покрытия, состоящего из металлических частиц или пластин, что делает характеристики антенн аналогичными их металлическим прототипам. Следует отметить, что в космических антеннах углекомпозитные материалы применяются, в основном, для увеличения прочности изделия, уменьшения его веса, исключения влияния на параметры антенн коррозии и резких перепадов температуры. Так, например, предлагалось использовать углекомпозитный материал для изготовления несущих конструкций антенны зонтичного типа [см. RU 2427949. Трансформируемая антенна зонтичного типа космического аппарата]. Однако при этом не требовалось, чтобы композитные материалы обладали электропроводимостью.Patents and other publications are known that describe the use of carbon composite materials as structural elements of antennas, waveguides, reflectors, housings, and individual parts of highly loaded structures; the indicated use is not associated with the presence of electrical conductivity in carbon composite materials. Space reflex antennas made of carbon fiber materials are also known. Moreover, to ensure the electrical conductivity of the reflective surface of the antenna, it was necessary to use a metallized coating consisting of metal particles or plates, which makes the characteristics of the antennas similar to their metal prototypes. It should be noted that in space antennas, carbon composite materials are mainly used to increase the strength of the product, reduce its weight, and exclude the influence of corrosion and sudden temperature changes on the antenna parameters. For example, it was proposed to use carbon composite material for the manufacture of supporting structures of an umbrella type antenna [see RU 2427949. Transformable antenna of an umbrella type spacecraft]. However, it was not required that the composite materials have electrical conductivity.
Аналогами заявляемого устройства являются несколько вариантов устройств.Analogues of the claimed device are several device options.
Известно электронное устройство, включающее в себя слои на основе графена и/или способ его изготовления (RU 2012108590/28). Электронное устройство может представлять собой солнечный элемент, фотоэлектрическое устройство, подузел сенсорной панели, аппарат с сенсорной панелью, линию/шину данных, антенну. Способ изготовления электронного устройства включает формирование на подложке (например, из стекла) слоя на основе графена; избирательное снабжение рисунком слоя на основе графена производится посредством одного из воздействий: ионным лучом/плазмой или травлением. В данном случае композитный материал (проводящий слой графена) наносился на подложку и не являлся материалом, из которого изготовлено устройство.Known electronic device, including layers based on graphene and / or a method for its manufacture (RU 2012108590/28). An electronic device may be a solar cell, a photovoltaic device, a touch panel subnode, an apparatus with a touch panel, a data line / bus, an antenna. A method of manufacturing an electronic device includes forming a graphene-based layer on a substrate (eg, glass); the graphene-based layer is selectively supplied with a pattern by one of the effects: ion beam / plasma or etching. In this case, a composite material (a conductive layer of graphene) was deposited on a substrate and was not the material from which the device was made.
Известно устройство (RU 2264006), представляющее собой рупорную антенну со сниженными значениями уровней эффективной поверхности рассеяния в широком секторе углов наблюдения. Рупорная антенна состоит из последовательно установленных рупора и отрезка прямоугольного волновода, на боковых стенках которого расположен волноводный фильтр из короткозамыкающей пластины. Новым в этой антенне являлось введение поглощающего фланца, расположенного по периметру апертуры рупора антенны, состоящего из подложки и радиопоглощающего покрытия, выполненного в виде клиньев. Таким образом, для достижения необходимых значений уровней эффективной поверхности рассеяния применяется композитный материал (поглотитель), наносимый определенным образом на области раскрыва рупора. Однако композитный материал не являлся материалом, из которого изготовлено устройство, а из него были выполнены только отдельные элементы.A device is known (RU 2264006), which is a horn antenna with reduced values of the levels of the effective scattering surface in a wide sector of viewing angles. The horn antenna consists of a series-mounted horn and a segment of a rectangular waveguide, on the side walls of which a waveguide filter from a short-circuiting plate is located. New in this antenna was the introduction of an absorbing flange located along the perimeter of the aperture of the antenna horn, consisting of a substrate and a radar absorbing coating made in the form of wedges. Thus, in order to achieve the required values of the levels of the effective scattering surface, a composite material (absorber) is applied, which is applied in a certain way to the mouth of the mouth. However, the composite material was not the material from which the device was made, and only individual elements were made of it.
В качестве прототипа выбрано изобретение (RU 2503101. Рупорный излучатель и способ его изготовления), представляющее собой рупорный излучатель, изготовленный особым способом соединения двух деталей с помощью клея, когда одна деталь изготовлена из композиционного материала известными приемами формообразования на оправке, а другая - из металла. Основным техническим результатом является повышение прочности изделия в условиях знакопеременных температур. При этом композитный материал не является проводящим, а оправка выполнена из металла.The invention (RU 2503101 is chosen as a prototype). A horn emitter and a method for manufacturing it), which is a horn emitter made in a special way of connecting two parts using glue, when one part is made of composite material using known methods of forming on a mandrel, and the other is made of metal . The main technical result is to increase the strength of the product in conditions of alternating temperatures. In this case, the composite material is not conductive, and the mandrel is made of metal.
Принципиальная новизна предлагаемых в заявке решений заключается в использовании нового поколения графеносодержащих углекомпозитных материалов, обладающих варьируемыми (в зависимости, например, от концентрации связующего вещества в композите) проводимостью и диэлектрической проницаемостью. Изделия из углекомпозитных материалов долговечны (до 30 лет), имеют рекордное соотношение прочности к весу, стабильны в широком диапазоне температур (от -50 до +200С) и обладают большим диапазоном значений проводимости.The principal novelty of the solutions proposed in the application is the use of a new generation of graphene-containing carbon composite materials with variable (depending, for example, on the concentration of the binder in the composite) conductivity and dielectric constant. Products made of carbon composite materials are durable (up to 30 years), have a record strength-to-weight ratio, are stable in a wide temperature range (from -50 to + 200С) and have a large range of conductivity values.
Основные доступные технологии для производства изделий из углеродных волокон: 1) вакуумное формование, 2) автоклавное формование, 3) пультрузия, 4) инжекция, 5) намотка. Основные типы исходных материалов для производства углекомпозитных СВЧ-устройств: 1) однонаправленные полотна, 2) двунаправленные ткани с различным видом плетения, 3) нити и жгуты, 4) препреги.The main available technologies for the production of carbon fiber products: 1) vacuum molding, 2) autoclave molding, 3) pultrusion, 4) injection, 5) winding. The main types of raw materials for the production of carbon composite microwave devices: 1) unidirectional sheets, 2) bidirectional fabrics with different types of weaving, 3) threads and bundles, 4) prepregs.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание СВЧ-устройств (волноводов, рупорных и вибраторных антенн и др.) из новых графеносодержащих углекомпозитных материалов, приводящих к сохранению или улучшению основных электродинамических параметров при существенном уменьшении веса устройств, увеличении прочности конструкции, достижения стабильности характеристик в широком диапазоне температур и упрощения технологичности изготовления. Поставленная задача относится к одному из приоритетных направлений развития науки Российской Федерации в разделе «Индустрия наносистем».The task to which the invention is directed is the creation of microwave devices (waveguides, horn and vibrator antennas, etc.) from new graphene-containing carbon composite materials, leading to the preservation or improvement of the basic electrodynamic parameters while significantly reducing the weight of the devices, increasing the structural strength, achieving stability of characteristics over a wide temperature range and simplification of manufacturability. The task posed relates to one of the priority areas for the development of science of the Russian Federation in the section “Nanosystem Industry”.
Техническим результатом изобретения является изготовление СВЧ-устройства (волновода и рупорной антенны) целиком из углекомпозитного материала, и сравнение его основных характеристик с параметрами идентичного металлического аналога в диапазоне радиочастот (1,4-1,7) ГГц.The technical result of the invention is the manufacture of a microwave device (waveguide and horn antenna) entirely from carbon composite material, and a comparison of its main characteristics with the parameters of an identical metal analog in the radio frequency range (1.4-1.7) GHz.
Поставленная задача достигается тем, что СВЧ-устройство, которое может представлять собой волновод или устройство на основе волновода, например, рупорную антенну, полностью выполнено из графеносодержащего углекомпозитного материала с высокой электропроводимостью, имеющего анизотропную проводимость для возбуждения электромагнитных волн определенного типа. При применении для изготовления волноводных элементов углеродных волокон, они располагаются в плоскости, перпендикулярной оси волноводного элемента.The problem is achieved in that the microwave device, which can be a waveguide or a device based on a waveguide, for example, a horn antenna, is completely made of graphene-containing carbon composite material with high electrical conductivity, having anisotropic conductivity for excitation of electromagnetic waves of a certain type. When applied to the manufacture of waveguide elements of carbon fibers, they are located in a plane perpendicular to the axis of the waveguide element.
Изготовление вышеуказанного антенно-фидерного СВЧ-устройства может быть осуществлено с помощью способа, заключающегося в том, что сначала изготавливают «внутреннюю» заготовку-матрицу (фиг. 1) волноводного элемента СВЧ-устройства, имеющую внешние размеры, точно соответствующие расчетным параметрам устройства, а затем на внешнюю часть этой заготовки методом намотки (продольной или поперечной) наносят требуемое число слоев углекомпозитной нити или ткань (фиг. 2), после чего на подготовленное изделие надевают «внешнюю» часть заготовки-матрицы (фиг. 3), имеющую внутренние размеры, определяемые необходимой толщиной стенок устройства; в результате нагрева методом вакуумного формования достигают устранения шероховатости поверхности и необходимую прочность устройства, далее отделяют внешнюю и внутреннюю матрицы (фиг. 4) и получают СВЧ-устройство из углекомпозитного материала.The manufacture of the above antenna-feeder microwave device can be carried out using the method, which consists in the fact that first produce the "inner" billet-matrix (Fig. 1) of the waveguide element of the microwave device having external dimensions that exactly correspond to the calculated parameters of the device, and then, on the outer part of this preform, the required number of layers of carbon composite yarn or fabric is applied by winding (longitudinal or transverse) (Fig. 2), after which the “outer” part of the preform is put on the prepared product eggs (Fig. 3), having internal dimensions determined by the required wall thickness of the device; as a result of heating by the vacuum molding method, elimination of surface roughness and the necessary strength of the device are achieved, then the external and internal matrices are separated (Fig. 4) and a microwave device is obtained from carbon composite material.
Характерным признаком заявляемого СВЧ-устройства является материал, из которого оно изготовлено, имеющий высокую электропроводность. Он может обладать анизотропной электропроводностью, позволяющей варьировать параметры устройства. Материал, как правило, имеет черный цвет; при вакуумном формовании устройства из углекомпозита поверхность становится гладкой и приобретает характерный блеск.A characteristic feature of the inventive microwave device is the material from which it is made, having high electrical conductivity. It may have anisotropic conductivity, which allows you to vary the parameters of the device. The material is usually black; when vacuum forming the device from carbon composite, the surface becomes smooth and acquires a characteristic luster.
Авторами изобретения была измерена проводимость в сантиметровом диапазоне длин волн углекомпозитного материала, содержащего графеноподобные структуры, которая достигала 105 См/м (проводимость металлов лежит в пределах 103-106 См/м).The inventors measured the conductivity in the centimeter wavelength range of a carbon composite material containing graphene-like structures, which reached 10 5 S / m (metal conductivity lies in the range 10 3 -10 6 S / m).
Авторами изобретения были впервые исследованы поляризационные свойства графеносодержащего углекомпозитного материала в диапазоне длин волн (3-10) см в зависимости от концентрации графеноподобных структур. Было получено, что коэффициент поляризации по амплитуде при повороте пластины из композита на 90° составлял (20-30)% в зависимости от концентрации в нем связующего вещества. Установлено, что для композитных материалов с существенной анизотропией электропроводности для эффективного излучения поперечной волны Н11, распространяющейся в волноводе кругового сечения (или Н10 в прямоугольном волноводе), при изготовлении волноводной части рупорной антенны необходимо, чтобы углеродные волокна в углекомпозитном материале располагались в плоскости, перпендикулярной оси волновода.The inventors were the first to study the polarization properties of a graphene-containing carbon composite material in the wavelength range (3-10) cm, depending on the concentration of graphene-like structures. It was found that the polarization coefficient in amplitude during rotation of the plate from the composite by 90 ° was (20-30)%, depending on the concentration of the binder in it. It has been established that for composite materials with significant anisotropy of electrical conductivity for the effective radiation of the transverse wave H 11 propagating in a circular waveguide (or H 10 in a rectangular waveguide), in the manufacture of the waveguide part of the horn antenna, it is necessary that the carbon fibers in the carbon composite material lie in a plane perpendicular to the axis of the waveguide.
Изготовленный модельный макет рупорной антенны из углекомпозитного материала имеет электродинамические параметры, близкие к параметрам металлической антенны-образца, и обладает значительным преимуществом по таким физико-механическим параметрам как масса и прочность изделия при одинаковой толщине стенок.The fabricated model layout of the horn antenna made of carbon composite material has electrodynamic parameters close to those of the metal sample antenna and has a significant advantage in such physical and mechanical parameters as the mass and strength of the product with the same wall thickness.
Осуществление изобретения проводилось последовательно в несколько этапов.The implementation of the invention was carried out sequentially in several stages.
1. Изготавливалась разборная заготовка-матрица рупорной антенны, состоящая из двух частей - внутренней и внешней. Внешние размеры внутренней матрицы точно соответствовали расчетным параметрам антенны-образца. Внутренние размеры внешней матрицы определялись толщиной стенок изделия.1. A collapsible blank-matrix of the horn antenna was made up of two parts - internal and external. The external dimensions of the internal matrix exactly corresponded to the design parameters of the sample antenna. The internal dimensions of the external matrix were determined by the wall thickness of the product.
2. На внутреннюю часть заготовки методом намотки наносилось требуемое число слоев углекомпозитной нити (или ткань). Направление намотки поперек или вдоль заготовки определялась величиной элементов тензора проводимости стенок устройства.2. The required number of layers of carbon composite yarn (or fabric) was applied to the inner part of the workpiece by winding. The direction of winding across or along the workpiece was determined by the magnitude of the elements of the conductivity tensor of the walls of the device.
3. На подготовленное устройство надевалась внешняя часть заготовки-матрицы, и после нагрева методом вакуумного формования достигалось: устранение шероховатости поверхности, увеличение прочности изделия.3. The outer part of the matrix blank was put on the prepared device, and after heating by vacuum molding, the following was achieved: elimination of surface roughness, increase in product strength.
Авторами был создан рабочий макет рупорной антенны, фото которого приведено на фиг. 5, где черного цвета - антенна из углекомпозитного материала на основе наномодифицированного эпоксисвязующего вещества и углеродных нитей (марки Zoltek 50К Panex 35, производимых в промышленных масштабах) с параметрами (3-50)К, где К - количество углеродных филаментов в тысячах штук; а светлого цвета - металлическая антенна - образец. Способ изготовления - намотка волокна (продольная или поперечная) на заготовку-матрицу антенны. Геометрические размеры и конструктивные особенности макета полностью идентичны антенне-образцу. Изготовленный макет антенны не содержит фланцевых соединений, которые в антенне - аналоге предназначены для съема поляризационной секции. В качестве возбуждающего устройства использовался аналогичный элемент антенны-образца. Вес металлической антенны - 8 кг, углекомпозитной - 0,4 кг. Изготовление макета антенны и исследование ее электродинамических параметров (КСВ, ДН, КУ) осуществлено впервые.The authors created a working prototype of a horn antenna, a photo of which is shown in FIG. 5, where black is the antenna of a carbon composite material based on nanomodified epoxy binder and carbon filaments (Zoltek 50K Panex 35 brands manufactured on an industrial scale) with parameters (3-50) K, where K is the number of carbon filaments in thousands of pieces; and light color - a metal antenna - a sample. A method of manufacturing - winding the fiber (longitudinal or transverse) on the workpiece matrix of the antenna. The geometric dimensions and design features of the layout are completely identical to the sample antenna. The fabricated antenna layout does not contain flange connections, which in the analog antenna are designed to remove the polarization section. As an exciting device, a similar element of the sample antenna was used. The weight of the metal antenna is 8 kg, the carbon composite - 0.4 kg. The manufacture of the antenna layout and the study of its electrodynamic parameters (SWR, DN, KU) was carried out for the first time.
Измерены следующие электромагнитные параметры рабочего макета антенны из углекомпозитных материалов и металлической антенны-образца (без подстройки на определенную частоту):The following electromagnetic parameters of the working layout of the antenna from carbon composite materials and the metal antenna of the sample (without tuning to a specific frequency) were measured:
1) Коэффициент стоячей волны (КСВН) в двух ортогональных плоскостях в полосе частот 1400-1700 МГц. Вывод: наблюдается удовлетворительное совпадение характеристик в большей части рабочей полосы. Отмечается более сглаженный характер частотной характеристики КСВ углекомпозитной антенны, одной из причин этого эффекта может быть увеличение омических потерь (снижение КПД) по сравнению с образцом.1) The standing wave coefficient (VSWR) in two orthogonal planes in the frequency band 1400-1700 MHz. Conclusion: there is a satisfactory coincidence of characteristics in most of the working band. A more smoothed character of the frequency response of the SWR of a carbon composite antenna is noted, one of the reasons for this effect may be an increase in ohmic losses (decrease in efficiency) compared to the sample.
2) Диаграммы направленности (ДН) в Н-плоскости для вертикальной поляризации на частоте 1450 Мгц. Вывод: ДН практически совпадают, за исключением двух точек для металлической антенны. Недостоверность этих данных может быть обусловлена изменениями условий измерений при выполнении лабораторного эксперимента. Разница в полуширине аппроксимированных функцией Гаусса ДН двух антенн равна примерно 7%, что вполне удовлетворительно для лабораторных исследований. Следовательно, ДН двух антенн идентичны в пределах ошибок измерений.2) Directivity patterns (ND) in the H-plane for vertical polarization at a frequency of 1450 MHz. Conclusion: DNs practically coincide, with the exception of two points for a metal antenna. The unreliability of these data may be due to changes in the measurement conditions when performing a laboratory experiment. The difference in the half-width of the two antennas approximated by the Gaussian function of the DN is approximately 7%, which is quite satisfactory for laboratory studies. Therefore, the IDs of the two antennas are identical within the measurement errors.
3) Коэффициенты усиления (КУ) в двух ортогональных плоскостях на четырех частотах в полосе 1450-1600 МГц. Вывод: на рабочих частотах, где КСВН двух антенн близки, величины КУ углекомпозитной антенны несколько меньше КУ антенны-образца (в пределах от 0 до 20% для обеих поляризаций). Следовательно, антенны практически идентичны; небольшие потери КПД углекомпозитной антенны, зависящие от КСВН, вызваны наличием малых омических потерь материала и, возможно, недостаточно отработанной технологией изготовления фланцевых соединений из углекомпозита.3) Gains in two orthogonal planes at four frequencies in the band 1450-1600 MHz. Conclusion: at the operating frequencies where the VSWR of the two antennas are close, the KU of the carbon composite antenna is slightly less than the KU of the sample antenna (ranging from 0 to 20% for both polarizations). Therefore, the antennas are almost identical; small losses in the efficiency of the carbon composite antenna, depending on the VSWR, are caused by the presence of small ohmic losses of the material and, possibly, by insufficiently developed technology for the manufacture of flange joints from carbon composite.
Таким образом, показано, что рупорная СВЧ антенна, впервые выполненная из графеносодержащих углекомпозитных материалов, работоспособна и имеет практически те же характеристики, что и металлическая антенна-образец. После совершенствования технологии изготовления таких антенн и других СВЧ-устройств они могут полностью заменять металлические аналоги, имея существенные преимущества по ряду основных параметров (вес, температурная стабильность, прочность, долговечность и т.д.).Thus, it was shown that the microwave horn antenna, made for the first time of graphene-containing carbon composite materials, is efficient and has almost the same characteristics as the metal sample antenna. After improving the manufacturing technology of such antennas and other microwave devices, they can completely replace metal analogues, having significant advantages in a number of basic parameters (weight, temperature stability, strength, durability, etc.).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014136727/28A RU2577918C1 (en) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014136727/28A RU2577918C1 (en) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2577918C1 true RU2577918C1 (en) | 2016-03-20 |
Family
ID=55648079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014136727/28A RU2577918C1 (en) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2577918C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU168639U1 (en) * | 2016-07-06 | 2017-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | High-weight thermally stable microwave waveguide |
| RU2642791C1 (en) * | 2016-11-24 | 2018-01-26 | Акционерное общество "Радиокомпания "Вектор" | Method of manufacturing waveguide microwave devices and elements on 3d printer by method of fused deposition modelling of thread composite abs plastic |
| RU2714311C2 (en) * | 2018-02-13 | 2020-02-14 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of making horn radiator |
| RU212979U1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-08-17 | Григорий Романович Беляев | C-band horn antenna made of carbon composite material with a polarizer |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4265690A (en) * | 1973-09-24 | 1981-05-05 | Herman Lowenhar | Method of forming transmission lines using tubular extendible structures |
| WO2012128866A1 (en) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | Giboney Kirk S | Gap-mode waveguide |
| RU2466484C1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Horn radiator and method of making said radiator |
| US20140097917A1 (en) * | 2012-10-04 | 2014-04-10 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Microwave transmission assemblies fabricated from carbon nanostructure polymer composites |
| CN103943925A (en) * | 2014-03-26 | 2014-07-23 | 北京大学 | Full-carbon coaxial line and manufacturing method thereof |
-
2014
- 2014-09-09 RU RU2014136727/28A patent/RU2577918C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4265690A (en) * | 1973-09-24 | 1981-05-05 | Herman Lowenhar | Method of forming transmission lines using tubular extendible structures |
| WO2012128866A1 (en) * | 2011-03-22 | 2012-09-27 | Giboney Kirk S | Gap-mode waveguide |
| RU2466484C1 (en) * | 2011-03-31 | 2012-11-10 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Horn radiator and method of making said radiator |
| US20140097917A1 (en) * | 2012-10-04 | 2014-04-10 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | Microwave transmission assemblies fabricated from carbon nanostructure polymer composites |
| CN103943925A (en) * | 2014-03-26 | 2014-07-23 | 北京大学 | Full-carbon coaxial line and manufacturing method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| В. Б. Тайгин и др. ИЗОГРИДНЫЕ СТРУКТУРЫ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В КОНСТРУКЦИЯХ АНТЕНН КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ // АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ АВИАЦИИ И КОСМОНАВТИКИ. выпуск 6, том 1, 2010.. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU168639U1 (en) * | 2016-07-06 | 2017-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | High-weight thermally stable microwave waveguide |
| RU2642791C1 (en) * | 2016-11-24 | 2018-01-26 | Акционерное общество "Радиокомпания "Вектор" | Method of manufacturing waveguide microwave devices and elements on 3d printer by method of fused deposition modelling of thread composite abs plastic |
| RU2714311C2 (en) * | 2018-02-13 | 2020-02-14 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of making horn radiator |
| RU212979U1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-08-17 | Григорий Романович Беляев | C-band horn antenna made of carbon composite material with a polarizer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2017020792A1 (en) | Left-handed circular polarisation conversion metamaterial thin film | |
| WO2017020791A1 (en) | Right-handed circular polarisation conversion metamaterial thin film | |
| CN107994353B (en) | Broadband metamaterial terahertz wave absorber | |
| Zhang et al. | High-efficiency polarization conversion phase gradient metasurface for wideband anomalous reflection | |
| RU2577918C1 (en) | Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method | |
| Luo et al. | Microwave properties of metacomposites containing carbon fibres and ferromagnetic microwires | |
| Miyamaru et al. | Characterization of terahertz metamaterials fabricated on flexible plastic films: toward fabrication of bulk metamaterials in terahertz region | |
| Meng et al. | A detached zero index metamaterial lens for antenna gain enhancement | |
| CN103346407A (en) | Left-handed material formed by E-shaped mutually embedded structures and provided with double-rod-shaped tuning structure | |
| Dugin et al. | Using carbon-based composite materials for manufacturing C-range antenna devices | |
| Khalaj-Amirhosseini | Use of dielectric inhomogeneous planar layers as optimum microwave absorbers | |
| Zhou et al. | A high-directive patch antenna based on all-dielectric near-zero-index metamaterial superstrates | |
| Zaboronkova et al. | Microwave horn antenna made of a graphene-containing carbon composite material | |
| Weng et al. | Study on high gain patch antenna with metamaterial cover | |
| Li et al. | Suppressing edge back-scattering of electromagnetic waves using coding metasurface purfle | |
| Mangi et al. | Multiband circular polarizer based on fission transmission of linearly polarized wave for X-band applications | |
| Bakry et al. | Gain and bandwidth improvement of microstrip patch antenna using Complementary G-Shape Split Ring Resonator | |
| Dugin et al. | Antenna-waveguide microwave devices of carbon composition materials | |
| Kaur et al. | Dual-band perfect meta material absorber with polarization independence and wide incidence angle | |
| Varma et al. | Improvement in rectangular microstrip patch antenna parameters using Metamaterial with Active Devices | |
| CN113412555A (en) | Three-dimensional isotropic metamaterial, method for manufacturing same, and terahertz region optical element provided with same | |
| Dincer et al. | New generation planar chiral metamaterials with small and constant chirality over a certain frequency band | |
| Tuyen et al. | Multi-band and broadband metamaterial perfect absorber based on conductive polymer and near-field coupling | |
| Tamma et al. | Metamaterial inspired electrically small patch antenna | |
| Thummaluru et al. | Design of double-negative ultrathin metamaterial absorber using array of electric field resonators |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20170718 |