分享交联聚苯乙烯应用在雷达频率超材料测量和表征装置中的打磨过程

分享交联聚苯乙烯应用在雷达频率超材料测量和表征装置中的打磨过程背景介绍：GTRI聚焦光束系统GTRIFBS（自由空间聚焦光束系统）的设计初衷是为了补充普通传输线系统（如波导、同轴线和谐振腔）在s参数测量方面的局限性。传统的传输线固定装置主要设计用于均匀、低损耗的材料样品，然而，由于样品的不均匀性、电导率差异以及样品与传输线之间可能存在的空气间隙，这些系统往往难以提供准确的测量结果。相比之下，自由空间聚焦光束系统展现出显著的优势。首先，它能够实现宽频带的覆盖，使得测量更为全面。其次，样品制备过程更为简便，提高了测量效率。再者，该系统允许使用不同的入射角进行测量，增加了测量的灵活性。最重要的是，由于自由空间方法无需与样品进行物理接触，因此能够消除因气隙产生的误差，提高了测量的准确性。此外，自由空间方法通常也更适合于表征非均匀、有损和各向异性的材料。这类材料在传统传输线系统中往往难以准确测量，而自由空间聚焦光束系统则能够提供更可靠的解决方案。GTRI聚焦光束系统采用透镜将微波能量精确地聚焦在样品上。这种聚焦技术旨在模拟平面波对样品的照明效果，同时最小化由于衍射效应导致的样品边缘过度照明，从而降低了由此产生的测量误差（这类误差通常被视为22个主要的测量误差源之一）。GTRI自由空间聚焦光束系统GTRIFBS在设计上是模块化的，因此它可以用于单静态和各种双静态配置。该系统有两个臂，每个臂支持一个天线和交联聚苯乙烯透镜。样品架放置在两臂之间，可以由1台电脑转动。天线和镜头在手臂上的位置可以沿着平移轨道改变不同的焦点。案例中提到的透镜材料为交联聚苯乙烯交联聚苯乙烯是一种独特的交联聚苯乙烯微波塑料，具有卓越的介电性能。其介电常数稳定在2.53，折射率1.59，且耗散系数极低。交联聚苯乙烯能够承受高电压，在电气性能方面优于丙烯酸、环氧树脂、脲烷等常规塑料材料。材料的铸件展现出无应力的特性，这意味着在正常载荷下，它不会永久变形，确保了长期使用的稳定性。在光学性能方面，交联聚苯乙烯的光传输效率近似于丙烯酸。而在声学性能方面，其阻抗接近于水。交联聚苯乙烯在加工处理中表现良好，能够耐受水、碱、醇和脂肪烃等化学物质。然而，需要注意的是，芳香烃和氯化烃等特定化学物质可能引起材料的膨胀，因此应避免接触。在重量方面，交联聚苯乙烯比丙烯酸轻15%，其重量甚至不到聚四氟乙烯的一半，这使得它在轻量化设计应用中具有显著优势。在这个模拟实验中的交联聚苯乙烯材料是一个48英寸x24英寸的平板，大约2英寸厚。实际加工将透镜的厚度限制在2英寸的平板厚度内，从而将波导的间距限制在2英寸内。透镜都是用高动力的水射流从交联聚苯乙烯板上粗糙地切割出来的。在粗糙的切割之后，镜头被精密加工到每个轮廓面的公差和每个平面上低至0.0018’’。下图展示了加工后的一个大镜头。抛光之前的交联聚苯乙烯大镜头每个镜头的每个面都必须经过抛光。虽然不确定抛光必须达到什么程度，但要完成足够的抛光，去除所有的加工痕迹，才能使表面达到最大的透明度。轮廓面的抛光耗时比平面面要长得多。抛光的方法是将一张1000粒的砂纸粘在一个精确的平板上，同时在砂纸上拉动和滚动镜头。通过一个平面可以看到加工痕迹的亮度降低。如图所示。使用1000粒度的砂纸持续打磨约800次,直到去除了明亮的加工痕迹。将透镜转移到1500粒的砂纸上又进行大约200次的打磨。透镜的表面变得更加光滑，几乎达