[1]Полезная модель относится к радиотехнике и может быть использована при изготовлении параболических антенн из полимерных композитных материалов.
[2]Параболическая антенна представляет собой радиотехническое устройство, используемое в качестве приемника или излучателя электромагнитных волн. В каждой радиотехнической системе, излучающей или передающей радиоволны, антенна играет главную роль и является важным элементом. Это, в первую очередь, такие системы как телевизионные, радиосвязи, радиоуправления, радиовещания, радиолокации, радиорелейной связи, радионавигации, радиоастрономии.
[3]Антенна состоит из металлического зеркала в виде параболоида вращения и облучателя, помещенного в фокусе.
[4]Оптические параболические зеркала служат для преобразования сферического фронта волны источника в плоский фронт.
[5]Действие параболического зеркала заключается в том, что расходящиеся лучи, идущие от источника, находящегося в фокусе зеркала, после отражения становятся параллельными.
[6]В качестве отражающих поверхностей применяются металлические зеркала, дающие практически полное отражение падающих на них лучей без заметных потерь.
[7]Известно, что чем больше диаметр поверхности параболоида по отношению к рабочей длине волны, тем уже становится диаграмма направленности. Таким образом, параболическое зеркало трансформирует волновую энергию, излученную облучателем по широкой диаграмме, в волновую энергию, излучаемую по узкой диаграмме.
[8]В промышленных условиях параболоид вытягивается из дюралюминиевого или стального листа с помощью мощных гидравлических прессов. К другой разновидности относятся параболоиды, изготовленные из пластических масс методом литья с последующей металлизацией поверхности напылением.
[9]Зеркало антенны изготавливается из электропроводящего материала (сталь, алюминиевые сплавы) с антикоррозионным покрытием. По технологическим и экономическим соображениям зеркала могут изготавливаться из неметаллических материалов - композитов (углепластик, стеклопластик) или пластмасс. Если зеркало антенны изготавливается из непроводящего материала, в его структуру дополнительно вводится отражающая поверхность из металлической фольги, сетки, электропроводящей краски.
[10]Известен способ изготовления многослойного антенного рефлектора, включающий изготовление отражающей обшивки с применением пропитки материалов связующим, формирование пакета и его вакуумирование, и изготовление тыльной обшивки, соединяемой с отражающей обшивкой через слой сотового заполнителя (патент RU 2168820, МПК: H01Q 15/16, опубл. 10.06.2001).
[11]Недостаток в том, что многослойная волокнистая структура препрегов удерживает излишки связующего и пузырьки воздуха между волокнами. Высокое содержание пузырьков воздуха в готовом изделии негативно влияет на его радиоотражающие характеристики.
[12]Известна конструкция многослойного антенного рефлектора из полимерных композиционных материалов (патент РФ 2168820 H01Q 15/16, 2001), в которой антенный рефлектор состоит из тыльной и отражающей обшивок, выполненных из полимерного композиционного материала, соединенных между собой через сотозаполнитель.
[13]Недостатком данного технического решения является недостаточный уровень размеростабильности, вызванный различием используемых материалов.
[14]Также известна конструкция рефлектора из полимерного композиционного материала (патент РФ 2556424 H01Q 15/16, 2013). Каркас конструкции антенного рефлектора из полимерного композиционного материала состоит из тонкой оболочки и приклеенных с помощью клея на ее тыльную оболочку ребер жесткости, имеющих сетчатую структуру. Ребра жесткости склеиваются из трех комплектов параллельных ребер, расположенных относительно друг друга под углами примерно 60°, образуя, таким образом, треугольные и шестиугольные ячейки. Треугольные ячейки заливаются клеевым компаундом с последующим отверждением.
[15]Недостатком вышеописанного технического решения является относительная сложность конструкции и большой удельный вес, за счет наличия ребер по всей поверхности тонкой оболочки, наличия клеевого состава между ребрами жесткости и тонкой оболочкой, в треугольных ячейках, ухудшающего размеростабильность через увеличение различий в теплопроводности конструкции.
[16]Наиболее близкой к заявленному техническому решению является антенный рефлектор из полимерного композиционного материала (RU, 161906, H01Q15/16, публ.10.05.2016). Антенный рефлектор состоит из тонкой оболочки сложной геометрической формы и подкрепляющих ее с тыльной стороны ребер жесткости, выполненных из одного материала - углепластика.
[17]Недостатком вышеописанного технического решения является низкий коэффициент отражения радиоволн в связи с тем, что в качестве радиоотражающего слоя применяется волокнистый углепластик. Это приводит к увеличению доли диффузного отражения по сравнению с зеркальным. К тому же углепластик обладает гораздо более низким коэффициентом электропроводности (порядка 100 000 см/м) по сравнению с, например, алюминием (35 000 000 см/м), что также снижает способность углепластика к радиоотражению.
[18]Техническим результатом является увеличение коэффициента усиления параболической радиоантенны при уменьшении удельного веса изделия.
[19]Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание конструкции параболической антенны из металлопластика, обеспечивающей низкий удельный вес, высокий коэффициент усиления и размеростабильность.
[20]Поставленная задача решается тем, что параболическая антенна для приема и передачи радиоволн состоит из тонкого - 0,1 мм - сплошного металлического (например, алюминиевого или медного) отражающего слоя и толстого - 10 мм и более - основания, выполненного из полимерного многослойного композита. Каждый слой полимерного композита может быть выполнен из стеклопластика или углепластика размером 1-2 мм. Между слоями размещен легкий наполнитель слоем 10-50 мм. В качестве наполнителя используется вспененный жесткий закрытоячеистый наполнитель с прорезями шириной 1 мм в виде шестигранных сот, выполненными на всю толщину материала, за исключением соединительных перемычек. Материал может быть: пенополиуретан (ППУ) плотностью 80-100 кг/м3, поливинилхлоридный пенопласт (ПВХ) плотностью 60-80 кг/м3 или поли(мет)акрилимидный пенопласт («АКРИМИД») плотностью 60-80 кг/м3. Толщина слоя 10-50 мм.
[21]Прорези в наполнителе заполняет эпоксидное связующее, которое после отверждения образует жесткую силовую сотовую структуру, связанную со слоями мультиаксиальной стекло- или углеткани.
[22]Известно, что коэффициент усиления параболической антенны напрямую зависит от эффективности или коэффициента использования поверхности (КИП) антенны: G=10 lg (K(πD/λ)2), (дБ), где:
[23]G - коэффициент усиления;
[24]K - эффективность или коэффициент использования поверхности антенны;
[26]λ - длина радиоволны;
[28]В свою очередь, эффективность (КИП) К антенны зависит от точности отражающей поверхности и электропроводности отражающего материала.
[29]Металлопластиковая параболическая антенна может быть изготовлена с высокой точностью (среднеквадратичное отклонение отражающей поверхности от теоретической поверхности составляет 0,05 мм/м2и лучше), сопоставимой с точностью изготовления параболической антенны из углепластика.
[30]Радиоволны отражаются от токопроводящих сред. Электропроводность, например, алюминия - 35 000 000 см/м, а электропроводность углепластика - максимум 100 000 см/м.
[31]Таким образом, заявляемая параболическая антенна обладает следующими преимуществами:
[33]2. Высокая жесткость конструкции на изгиб и кручение позволяет выдерживать большие ветровые нагрузки.
[34]3. Размеростабильность.
[35]4. Применение в качестве радиоотражающего материала тонкого сплошного гладкого металлического (алюминий, медь) слоя с высокой электропроводностью, что позволяет получать больший коэффициент усиления радиоволн.
[36]5. Технологичность изготовления. Все слои заполняются эпоксидным связующим под вакуумом, одновременно, в закрытой форме, что создает после отверждения связующего однородную структуру без дополнительных склеек.
[37]6. Отсутствие внутренних пустот, которые могут повлиять на тепловую деформацию.
[38]7. Формование радиоотражающего слоя по высокоточной оснастке со среднеквадратичным отклонением от теоретической поверхности 50 мкм, что позволяет получать больший коэффициент усиления радиоволн (согласно формуле) в сравнении с известными конструкциями параболических антенн.
[39]Полезная модель поясняется иллюстрациями.
[40]На фиг.1 - схема конструкции металлопластиковой параболической антенны;
[41]на фиг.2 - послойная внутренняя структура металлопластиковой параболической антенны, где:
[42]1. Металлический радиоотражающий слой - алюминиевая или медная фольга толщиной 0.05-0.1 мм;
[43]2. Многослойное основание из полимерного композита (3-5);
[44]3. Слой мультиаксиальной стекло- или углеткани, пропитанной эпоксидным связующим, толщиной - 1-2 мм;
[45]4. Наполнитель с прорезями шириной 1 мм в виде шестигранных сот, выполненными на всю толщину материала за исключением соединительных перемычек. Толщина слоя 10-50 мм.
[46]Прорези в наполнителе заполнены эпоксидным связующим с образованием после отверждения жесткой силовой сотовой структуры, которая связана со слоями стеклопластика или углепластика 3;
[47]5. Мультиаксиальная стеклоткань или углеткань, пропитанная эпоксидным связующим. Толщина слоя 1-2 мм.
[48]Металлопластиковая параболическая антенна для приема и передачи радиоволн состоит из тонкого (0,05 - 0,1 мм) сплошного металлического (например, алюминиевого, медного) отражающего слоя (1) и толстого (10 – 50 мм) основания (2), выполненного из полимерного многослойного композита.
[49]Так как основание (2) многослойное, то в нем чередуются слои полимерного композита (3) из мультиаксиальной стеклоткани или углеткани, толщиной 1-2 мм, пропитанной эпоксидным связующим, и легкого наполнителя (4) (10-50 мм). В качестве наполнителя используется вспененный жесткий закрытоячеистый наполнитель с прорезями шириной 1 мм в виде шестигранных сот, выполненными на всю толщину материала за исключением соединительных перемычек. Материал может быть: пенополиуретан (ППУ) плотностью 80-100 кг/м3, поливинилхлоридный пенопласт (ПВХ) плотностью 60-80 кг/м3 или поли(мет)акрилимидный пенопласт («АКРИМИД») плотностью 60-80 кг/м3. Толщина слоя 10-50 мм.
[50]Прорези в наполнителе заполняет эпоксидное связующее, которое после отверждения образует жесткую силовую сотовую структуру, связанную со слоями мультиаксиальной стекло- или углеткани.
[51]Далее опять повторяется слой из стекло- или углеткани, пропитанной эпоксидным связующим (5).
[52]Таким образом, реализация полезной модели решает поставленные авторами задачи, а именно, достигнуты такие преимущества, как высокий коэффициент усиления при меньшей массе изделия в сравнении с алюминиевой параболической антенной, а также более высокий коэффициент усиления при сопоставимой массе в сравнении с углепластиковой параболической антенной.
