Ученые МФТИ предложили бюджетный способ изготовления высокоточных антенн связи

news3dtoday
Идет загрузка
Загрузка
26.05.2022
1761
18
Новости

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

9

Московский физико-технического института (МФТИ) исследовал производственную технологию, основанную на FDM 3D-печати заготовок с последующей электрохимической металлизацией. Метод позволяет создавать сложные объемные конструкции, актуальные при производстве высокоточных устройств, например антенн 5G и 6G.

Ученые МФТИ предложили бюджетный способ изготовления высокоточных антенн связи

Важность разработки заключается в возможности обеспечении качественной и однородной связи для бесперебойной работы сложного промышленного и логистического оборудования, сообщает Минобрнауки РФ. Во избежание образования мертвых зон необходимо устанавливать несколько маршрутизаторов, либо создавать специализированные антенны, производство которых осложняется нетривиальной конфигурацией. Возникает вопрос: из чего сделать такие антенны?

Стереолитографические и FDM 3D-принтеры, печатающие полимерами, на порядки дешевле систем для 3D-печати металлами, однако получаемые на таких 3D-принтерах структуры не проводят электрический ток. С другой стороны, недорогие пластмассовые модели совместимы с различными сплавами. Металлы с высокой проводимостью позволяют достигать превосходных электромагнитных характеристик: обычно для диапазона частот 1-10 ГГц достаточно нескольких микрон меди. Таким образом, с помощью тончайшего металлического слоя на пластмассовой конструкции можно получить высокоточную антенну, себестоимость которой намного ниже 3D-печати непосредственно металлами.

Бюджетный метод изготовления сложных антенн с помощью FDM 3D-печати, предложенный исследователями из МФТИ, состоит из пяти этапов: 3D-печати заготовки с помощью проводящего полимера, постобработки поверхностей, размещения вспомогательных электродов на заготовке, нанесения гальванического покрытия и удаления заготовки. Температура экструзии типичных полимеров, используемых в FDM-печати, составляет около 180-230ºC, и электрохимически осажденный металл выдерживает эти температуры.

Ученые МФТИ предложили бюджетный способ изготовления высокоточных антенн связи

Эксперименты показали, что на частотах выше 5 ГГц негативное влияние пластика на излучательную характеристику антенн существенно повышается. Преимущество удаления пластиковой подложки проанализировано численно и экспериментально: металлические антенны без подложки превосходят стандартные аналоги, также страдающие от потерь на высоких частотах, если используются пластиковые подложки. Таким образом, новый способ создания антенн сможет обеспечить качественной связью 5G и 6G.

«При создании высокоточной антенны первичным является заказ — именно массово-габаритные характеристики помещения закладываются в алгоритм численного моделирования, с помощью которого рассчитывается форма устройства. Обычно это довольно причудливая форма, которую трудно создать руками, но вполне возможно с помощью 3D-принтера. Также добиться четкого сигнала можно с помощью фазированных антенных решеток — массива из одинаковых антенн, на которые подается необходимая электронная фаза и из этого определяется диаграмма направленности. Используя наш подход можно убрать некоторые элементы управления — путем заданного алгоритма рассчитать нужную форму, которая сразу обеспечит необходимую направленность под целевые функции. Хотя наш метод не может полноценно конкурировать по производительности с прямой металлической печатью, он может обеспечить производство надежных конструкций при чрезвычайно низкой стоимости», — рассказал заместитель заведующего кафедрой радиотехники и систем управления МФТИ Дмитрий Филонов.

Ученые МФТИ предложили бюджетный способ изготовления высокоточных антенн связи

Дальнейшее развитие этой технологии может позволить создавать более сложные формы и раскрыть их преимущества в электромагнитных приложениях. Кроме того, предпринимаются усилия по 3D-печати электронных схем — как активных компонентов, контролирующих поток электричества, так и пассивных, не требующих внешнего питания. При усовершенствовании разработки станет возможным послойное наращивание антенны вместе с настраиваемой электроникой. Общая стоимость производства в этом случае может значительно снизиться.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature, на изобретение получен патент.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых статьях.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

9
Комментарии к статье