分享交聯(lián)聚苯乙烯應(yīng)用在雷達(dá)頻率超材料測量和表征裝置中的打磨過程

分享交聯(lián)聚苯乙烯應(yīng)用在雷達(dá)頻率超材料測量和表征裝置中的打磨過程背景介紹：GTRI聚焦光束系統(tǒng)GTRIFBS（自由空間聚焦光束系統(tǒng)）的設(shè)計(jì)初衷是為了補(bǔ)充普通傳輸線系統(tǒng)（如波導(dǎo)、同軸線和諧振腔）在s參數(shù)測量方面的局限性。傳統(tǒng)的傳輸線固定裝置主要設(shè)計(jì)用于均勻、低損耗的材料樣品，然而，由于樣品的不均勻性、電導(dǎo)率差異以及樣品與傳輸線之間可能存在的空氣間隙，這些系統(tǒng)往往難以提供準(zhǔn)確的測量結(jié)果。相比之下，自由空間聚焦光束系統(tǒng)展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。首先，它能夠?qū)崿F(xiàn)寬頻帶的覆蓋，使得測量更為全面。其次，樣品制備過程更為簡便，提高了測量效率。再者，該系統(tǒng)允許使用不同的入射角進(jìn)行測量，增加了測量的靈活性。最重要的是，由于自由空間方法無需與樣品進(jìn)行物理接觸，因此能夠消除因氣隙產(chǎn)生的誤差，提高了測量的準(zhǔn)確性。此外，自由空間方法通常也更適合于表征非均勻、有損和各向異性的材料。這類材料在傳統(tǒng)傳輸線系統(tǒng)中往往難以準(zhǔn)確測量，而自由空間聚焦光束系統(tǒng)則能夠提供更可靠的解決方案。GTRI聚焦光束系統(tǒng)采用透鏡將微波能量精確地聚焦在樣品上。這種聚焦技術(shù)旨在模擬平面波對樣品的照明效果，同時(shí)最小化由于衍射效應(yīng)導(dǎo)致的樣品邊緣過度照明，從而降低了由此產(chǎn)生的測量誤差（這類誤差通常被視為22個(gè)主要的測量誤差源之一）。GTRI自由空間聚焦光束系統(tǒng)GTRIFBS在設(shè)計(jì)上是模塊化的，因此它可以用于單靜態(tài)和各種雙靜態(tài)配置。該系統(tǒng)有兩個(gè)臂，每個(gè)臂支持一個(gè)天線和交聯(lián)聚苯乙烯透鏡。樣品架放置在兩臂之間，可以由1臺電腦轉(zhuǎn)動。天線和鏡頭在手臂上的位置可以沿著平移軌道改變不同的焦點(diǎn)。案例中提到的透鏡材料為交聯(lián)聚苯乙烯交聯(lián)聚苯乙烯是一種獨(dú)特的交聯(lián)聚苯乙烯微波塑料，具有卓越的介電性能。其介電常數(shù)穩(wěn)定在2.53，折射率1.59，且耗散系數(shù)極低。交聯(lián)聚苯乙烯能夠承受高電壓，在電氣性能方面優(yōu)于丙烯酸、環(huán)氧樹脂、脲烷等常規(guī)塑料材料。材料的鑄件展現(xiàn)出無應(yīng)力的特性，這意味著在正常載荷下，它不會永久變形，確保了長期使用的穩(wěn)定性。在光學(xué)性能方面，交聯(lián)聚苯乙烯的光傳輸效率近似于丙烯酸。而在聲學(xué)性能方面，其阻抗接近于水。交聯(lián)聚苯乙烯在加工處理中表現(xiàn)良好，能夠耐受水、堿、醇和脂肪烴等化學(xué)物質(zhì)。然而，需要注意的是，芳香烴和氯化烴等特定化學(xué)物質(zhì)可能引起材料的膨脹，因此應(yīng)避免接觸。在重量方面，交聯(lián)聚苯乙烯比丙烯酸輕15%，其重量甚至不到聚四氟乙烯的一半，這使得它在輕量化設(shè)計(jì)應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。在這個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)中的交聯(lián)聚苯乙烯材料是一個(gè)48英寸x24英寸的平板，大約2英寸厚。實(shí)際加工將透鏡的厚度限制在2英寸的平板厚度內(nèi)，從而將波導(dǎo)的間距限制在2英寸內(nèi)。透鏡都是用高動力的水射流從交聯(lián)聚苯乙烯板上粗糙地切割出來的。在粗糙的切割之后，鏡頭被精密加工到每個(gè)輪廓面的公差和每個(gè)平面上低至0.0018’’。下圖展示了加工后的一個(gè)大鏡頭。拋光之前的交聯(lián)聚苯乙烯大鏡頭每個(gè)鏡頭的每個(gè)面都必須經(jīng)過拋光。雖然不確定拋光必須達(dá)到什么程度，但要完成足夠的拋光，去除所有的加工痕跡，才能使表面達(dá)到最大的透明度。輪廓面的拋光耗時(shí)比平面面要長得多。拋光的方法是將一張1000粒的砂紙粘在一個(gè)精確的平板上，同時(shí)在砂紙上拉動和滾動鏡頭。通過一個(gè)平面可以看到加工痕跡的亮度降低。如圖所示。使用1000粒度的砂紙持續(xù)打磨約800次,直到去除了明亮的加工痕跡。將透鏡轉(zhuǎn)移到1500粒的砂紙上又進(jìn)行大約200次的打磨。透鏡的表面變得更加光滑，幾乎達(dá)