供稿人：張童童、王玲 供稿單位：西安交通大學機械制造系統工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2022-07-25
宇宙微波背景 (CMB) 望遠鏡靈敏度的提高需要對系統誤差進行控制，無論是在正常環(huán)境條件下還是在低溫環(huán)境中，造成誤差的主要來源是雜散光，都需使用毫米波吸收器來降低誤差。熔融沉積技術（FDM）由于其易于定制的特點已經應用于毫米波吸收器的制造，但以前只用來制備過頻帶相對較窄的基于諧振器的吸波結構。
約翰霍普金斯大學的Petroff基于空間填充曲線設計出的連續(xù)楔形結構來近似金字塔的周期吸波圖案，如圖1所示，這種設計可以避免每個金字塔切片間由于FDM工藝特性造成的拉絲現象。其所制備出的易于定制的吸波結構可以以低成本實現足夠的雜散光吸收性能，并且由于熱塑性材料的特性使其可以在低溫環(huán)境下使用。
圖1 基于二階希爾伯特曲線設計出的單元吸波結構
本文使用載碳高抗沖聚苯乙烯 （HIPS） 顆粒擠出成絲作為吸波結構的成型材料。仿真結果說明，吸收結構可以通過使用更小的擠出噴嘴來使楔形結構的頂端更尖銳，這樣會降低樣件的反射率從而提高吸波性能。通過仿真使用優(yōu)化后的吸波結構模型，最終制備出方形樣件面積為 160 mm × 160 mm，總高度為 14.5 mm，如圖2所示。在 63 GHz 至 115 GHz 和 140 GHz 至 215 GHz 兩個波導波段對樣件進行測量。結果如圖3所示，測量和電磁模擬之間有很好的一致性。此外，原樣件已成功在 60 K 低溫下用于雜散光吸收，并且經受了數十個熱循環(huán)。
圖2 FDM制備的希爾伯特曲線吸波結構
圖3 反射率測量結果與電磁模擬預測結果對比
本文制備的吸波結構與傳統的平鋪金字塔設計相比，空間填充曲線的使用克服了 FDM工藝帶來的拉絲限制，同時還提供了額外的機械性能提升。