Способ изготовления спиральной антенны
METHOD OF SPIRAL ANTENNA MANUFACTURE

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для изготовления спиральных цилиндрических и конических антенн бортовой радиоаппаратуры ракетно-космической техники.
Цилиндрические и конические спиральные антенны, излучающие поле с эллиптической поляризацией в направлении оси, весьма перспективны из-за высокого значения коэффициента усиления в широкой полосе частот (до нескольких октав в случае нескольких заходов спирали) и малых размеров.
Конструктивно цилиндрическая и коническая спиральная антенна состоит из проволочной спирали длиной несколько длин волн λ при диаметре витка, близком к λ/π (Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих, широкодиапазонных антенн и фидерных устройств. М. Энергия, 1973 г., стр. 157-197). Один конец спирали остается свободным, а другой соединен с внутренним проводником коаксиальной линии. Внешний проводник коаксиальной линии присоединяется к оси спирали.
Количество заходов спирали антенны может быть увеличено до 2-х, 4-х и т.д., что требует более сложной системы возбуждения антенны. Проводник спиральной антенны может быть намотан на коническую поверхность, что обеспечивает более широкую рабочую полосу частот (Antenna Engineering Handbook, Chapter 12 Helical antennas, Howard E. King, Jimmy L. Wong, Edward H. Newman. Editor J.L. Volakis. McGraw-Hill Companies, 2007).
Известны конструкции и способы изготовления цилиндрических спиральных антенн с улучшенным коэффициентом усиления и массо-габаритными характеристиками (патент SU №1823039, МПК H01Q 11/08, опубл. 23.06.1993). Данные антенны выполнены в виде спирально намотанных проводников, размещенных в воздухе над металлическим экраном. Такие антенны совершенно непригодны для СВЧ изделий, подвергающихся механическим нагрузкам.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ изготовления спиральной антенны, приведенный в патенте РФ №2485642, МПК H01Q, 1/36, опубл. 20.06.2013.
Суть способа заключается в том, что цилиндрическую часть спиральной антенны изготавливают на основе диэлектрических подложек с жестко закрепленными на них проводниками, путем намотки их на твердый цилиндрический предмет (оснастку) с последующей жесткой фиксацией пакета и извлечением цилиндрического предмета (оснастки). Однако все известные способы жесткой фиксации (механические или с помощью клеев) не могут обеспечить монолитной и максимально прочной конструкции намотанной цилиндрической части спиральной антенны без воздушных зазоров или пузырей. Такие антенны непригодны для СВЧ изделий, подвергающихся высоким механическим нагрузкам, перепадам давления и к длительной эксплуатации в космосе из-за разрушительного действия воздуха в зазорах и воздушных пузырях. Кроме того, наличие и случайное расположение таких неоднородностей приводит к ухудшению характеристик антенн (коэффициента эллиптичности, коэффициента усиления, и т.д.).
Техническим результатом является стабилизация характеристик антенны, повышение механической прочности и стойкости антенны к воздействию перепадов давления и к длительной эксплуатации в космосе.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления спиральной антенны, основанном на получении цилиндрической или конической заготовки антенны путем закрепления проводников спирали на плоской диэлектрической подложке, сборки подложек с проводниками в пакет, накручивания пакета подложек на цилиндрическую или коническую оснастку с последующим фиксированием и съема оснастки, полученную заготовку антенны подвергают пропитке полимерным компаундом в вакууме.
Кроме того, для повышения прочности антенны и ускорения пропитки цилиндрической или конической заготовки антенны диэлектрические подложки до намотки на оснастку перфорируют в местах отсутствия проводника спирали.
Способ осуществляется следующим образом.
Для получения цилиндрической или конической заготовки антенны закрепляют проводники спирали на плоской диэлектрической подложке, затем собирают подложки с проводниками в пакет, накручивают пакет подложек на цилиндрическую или коническую оснастку, фиксируют изготовленный цилиндрический пакет подложек с проводниками, затем извлекают из него оснастку. После чего полученную цилиндрическую или коническую заготовку антенны подвергают пропитке пропиточными (эпоксидными, полиэфирными или др.) компаундами. В качестве таких компаундов могут использоваться - эпоксидный пропиточный компаунд ЭПК-24 ТУ 2257-395-56897835-2005 или полиэфирный пропиточный компаунд КП-50 ТУ 2226-067-05015213-99.
Технология пропитки антенн заключается в следующем - цилиндрическую или коническую заготовку антенны (изделие) погружают в емкость с компаундом, помещают ее в вакуумный шкаф, создают в шкафу вакуум, выдерживают изделие погруженным в компаунд до полного выхода пузырей, снимают вакуум (запускают в шкаф воздух, при этом компаунд заходит в полости изделия), повторяют вакуумирование 2-3 раза, извлекают изделие, проводят отверждение компаунда в изделие (режим указан в ТУ на компаунд). При отсутствии крупных (1 мм и более) зазоров в изделии, компаунд не вытекает из него благодаря капиллярным силам и обеспечивает монолитность изделия после пропитки и отверждения.
В данном способе изготовления антенны слои диэлектрика образуют прочную трубу, не содержащую полостей.
Изготовленные по такой технологии изделия характеризуются монолитностью, высокой прочностью, стабильностью и малым разбросом характеристик антенн.
Экспериментально было установлено, что ускорить процесс пропитки и увеличить прочность изделия (примерно в 1,5 раза) возможно, если пленки диэлектрических подложек предварительно перфорировать (сделать отверстия) до намотки на оснастку. При этом облегчается проникновение компаунда, легче и полнее удаляется воздух из изделия, кроме того, адгезионная прочность компаунда в отношении материала подложек дополняется когезионной прочностью компаунда (по путям перфорации).
По предлагаемому способу были изготовлены две партии спиральных цилиндрических антенн, содержащих в качестве диэлектрических подложек стеклотекстолит и перфорированную полиимидную пленку толщиной 100 мкм. Антенны характеризуются малым разбросом параметров, их стабильностью к воздействию глубокого вакуума (~1 мм рт.ст.), способны выдерживать нагрузки до 1000 g в трех взаимноперпендикулярных направлениях.