我是高频率的射频越来越大

文章:Bill Schweber

3D使用金属化和具有合适RF特性的介电油墨的印刷正在为制造GHz范围设备提供新的选择。

无疑是熟悉添加剂制造业(AM),通常被称为“3D打印”(这是一种随意但合理准确的描述)。自一些十年前,AM系统硬件的性能大幅增加了几十年前的尺寸精度,准确性,精度和成本;没有惊喜。与此同时,已添加许多新材料,以便在可用树脂,聚合物,液化和粉状金属和其他特种“油墨”(通常被称为)中。有足够的选择可以找到具有所需机械性能组合的选择。

广泛的术语“添加剂制造”实际上是指按照“ASTM委员会F42 - 添加剂制造”的七分类中的任何一个(ASTM先前为美国材料进行测试,但他们在法律上缩短了他们的名字,就像许多其他组织一样公司已经完成了)。这些分类是:

  1. 材料挤压,
  2. 增值税光聚合,
  3. 粉床融合,
  4. 材料喷射,
  5. 粘合剂喷射,
  6. 板材层压;和
  7. 定向能量沉积(参考文献1)。

在AM的许多申请中:

  • 制造件难以,昂贵或无法制造的部件,铸造,模具或以其他方式创造;
  • 为原型和评估或低批量生产进行零件;
  • 根据需要进行更换部件,而不是携带股票更换部分“以防万一;”
  • 使用扫描零件及其文件重新创建不存在备件或甚至图纸的零件。

近年来,除了纯机械零件外,AM还将进入电子元件区域,特别是对于高频RF应用。其中许多RF为中心的机会涉及单独的金属表面,而且还需要合适的电介质,因此AM挑战是找到并实现导体和电介质的合适的几何形状。四个主要领域有活动:

  1. 从添加的图层建立的PC板(具有讽刺意味的是,这是指设计“印刷电路板”的更勇敢,而不是也称为PC板的蚀刻板);
  2. 天线和饲料结构,特别是对于使用常规金属弯曲和连接技术来制造难以或不可能的配置;
  3. 波导具有独特的特性和模式;
  4. 连接器和相关的过渡:这是一个非常兴趣的区域,因为每个RF路径过渡都会产生某种程度的阻抗失配,反射,插入损耗等降低。

AM用于RF的rf具有另一种困境:许多可以从集成中受益的许多应用程序都处于较高的频率,进入了单位和两位数的Gigahertz范围。然而,随着频率的增加,相应的尺寸在容差问题的影响增加时缩小。在500 MHz可容忍的表面光滑度上是一种看似微不足道的尺寸缺陷或微粗糙度可能是几个千兆赫兹的严重问题。

此外,需要表征和一致的AM电介质的详细RF规格,而它们与机械的AM部件无关。介电常数(介电常数)和损耗切线等因素很​​重要。具有吸引性绝缘性能的树脂和聚合物可能具有差的RF特性。另一方面,还可以故意改变材料混合物以使得能够产生具有有用特性的专用电介质,稍微类似于阶梯式和甚至渐变折射率光纤。

尽管所有这些问题 - 或者可能是因为它们 - 高级射频的潜在好处是大学和企业研究人员的注意力。在某些情况下,他们正在探索和利用它来制造更小,更好的组件;在其他情况下,他们希望使用AM来制造使用传统技术来实现的设计或不可能实现的设计。万博投注网址一些项目使用AM来创建整个装置及其金属表面,而其他项目则使用AM对于非导电体,然后使用铜或银的标准电镀来添加所需的导电表面。

两个例子说明了正在进行的努力。一支球队改变树脂“填充”的介电常数,以形成板坯波导,以增加第二电磁模式的截止频率,几乎没有对基本模式的影响。该装置具有介电介电常数更高的中央部分,其中基本的电场,准TE10模式更加强烈,而两个侧面部分具有较低的介电常数,其中第二,准TE20模式更强(图1并参考1)。

印刷的基材照片 图1顶部照片显示3D印刷基板集成平板波导(SISW)互连,在粘贴铝箔并加入金属通孔(A)之前。底部照片显示粘贴铝箔(B)后的SISW互连。来源:无线电工程

另一个有趣的项目用于为X波段能量产生一个集成的SMA-to-WavaInide过渡(参考2)。它们为8.6至10.4 GHz和充满电气填充单元的介电设备创建了9.4至10.7 GHz,每个均线细节(图2.)。

制造和装配过程图 图2.该图说明了介质填充的集成波导设计的制造和组装过程。来源:纽约州立大学/新帕尔茨

这些只是在该地区的工作中的许多例子中的两个。“添加剂制造RF”的基本谷歌搜索将出现数十篇论文和项目,但许多人落后于各种IEEE社会或其他发布它们的来源的工资空间;下面引用的大多数参考文献都是开放的,不受限制。

您是否曾在使用AM for RF和RF专注的电子应用之后?您是否考虑过使用AM for RF组件?或者你已经这样做了,无论是快速面包板和原型还是甚至低批量生产?

参考

  1. 通过添加剂制造技术实现的微波成分,“无线电工程。
  2. 用于加剧制造的集成SMA-to-WavaInide过渡的阻抗匹配方法,“微波日记,电缆和连接器补充。
  3. 3D印刷微波无源组件的添加剂制造,“Intechopen。
  4. 介电常数,强度和损失切线,“射频咖啡馆。
  5. KA带中的3D印刷RF器件的聚合物电介质,“先进的材料技术。
  6. 添加剂制造使微波部件能够进行空间应用,“微波炉和rf。
  7. 3D基板集成波导组件的添加剂制造,“研究。
  8. 3D打印无线电频率,“swissto12。
  9. 用于太赫兹通信的高度可重新配置等离子体电路的添加剂制造,“Optica。

本文最初发布行星模拟

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