Поглощение радиочастот СВЧ диапазона

дипломная работа

1.2 Виды РПМ

Универсальной классификации радиопоглощающих материалов не существует. Условно их можно классифицировать по составу и принципу действия.

В современных разработках РПМ для поглощения энергии электромагнитных волн используются в основном традиционные электропроводящие дисперсные (сажи, графит, металлические частицы), волокнистые (углеродные, металлические, металлизированные полимерные) и магнитные (спечённые ферритовые пластины, порошки ферритов, карбонильное железо и др.) наполнители, применяемые как по отдельности, так и совместно, образуя сложные композиционные структуры.

Радиопоглощающие материалы, изготовленные в виде лаков, красок, герметиков, полимеров, тканей, плиток, пеномасс, наполненных резин, строительных плит, сыпучих смесей и в других вариантах различных композиций, являются основными компонентами при создании поглотителей электромагнитных волн, которые используются для оборудования безэховых камер.

По принципу действия выделяют несколько больших групп радиопоглощающих материалов [10]:

резонансные;

нерезонансные магнитные;

металлические экраны;

нерезонансные объёмные;

пирамидальные поглотители электромагнитных волн.

Резонансными РПМ обеспечивается частичная нейтрализация отраженного от поверхности поглотителя излучения, часть которого прошла по толщине материала. Эффект нейтрализации значителен при толщине поглотителя, равной одной четверти длины волны излучения. В этом случае, отраженные поверхностью поглотителя волны находятся в противофазе. Резонансные материалы наносятся на отражающие поверхности объекта маскировки. Толщина РПМ соответствует четверти длины волны излучения РЛС. Падающая энергия высокочастотного излучения отражается от внешней и внутренней поверхностей РПМ с образованием интерференционной картины нейтрализации исходной волны. В результате происходит подавление падающего излучения. Отклонение ожидаемой частоты излучения от расчётной приводит к ухудшению характеристик поглощения, что делает этот материал узкополосным. Поэтому данный тип РПМ эффективен при маскировке от излучения РЛС, работающей на стандартной, неизменяемой моночастоте.

Нерезонансные магнитные РПМ содержат частицы феррита, распределенные в эпоксидном пластике или в покрытии.

Применяют несколько типов ферритов:

никелевые ферриты используются в основном в диапазонах мили - и сантиметровых волн, имеют большие значения намагниченности при насыщении и высокую термостабильность. Их недостаток - высокое значение начальных потерь;

магнитные ферриты применяются в средней части сантиметрового диапазона; обладают малыми магнитными и диэлектрическими потерями, но меньшей термостабильностью по сравнению с ферритами из никеля;

магниевые ферриты используются в длинноволновой части диапазона СВЧ. Они обладают малыми значениями индукции при насыщении. Как и у магнитных ферритов, главным недостатком является низкая термоустойчивость.

Преимуществом ферритовых РПМ является их маленькая толщина (несколько миллиметров) и высокая гибкость материала. Недостатком же являются низкая технологичность изготовления и нагрев, возникающий в результате рассеивания энергии высокочастотного излучения по большой поверхности.

Получение широкополосности материала достигается путём использованием ферритов с различными резонансными частотами. Зависимость резонансной частоты зависят не только от материала (никелевый, магнитный, магниевый), но и от размера частиц порошка (таблица 1, таблица 2)

Таблица 1 - Зависимость частоты поглощения от размера ферритовых частиц м >300.

Размеры частиц порошка, мкм

Эффективная поглощающая частота, ГГц

1650-701

0,5-1,5

701-351

1 - 2

351-104

1,8-3

104-43

2,5-7,5

<43

6-12

Таблица 2 - Зависимость частоты поглощения от размера ферритовых частиц м <300.

Размеры частиц порошка, мм

Эффективная поглощающая частота, ГГц

1650-701

1-3

701-351

2-4

351-104

4-6

104-43

5-7,5

<43

6-12

Металлические экраны - плоские одно - или многослойные пластины, экранирующие электромагнитное излучение. Металлические экраны при практически приемлемой толщине обеспечивают хорошую эффективность экранирования на всех частотах радиодиапазона. Эффективность увеличивается с ростом частоты, магнитной проницаемости м, проводимости у и толщины экрана d.

С уменьшением частоты коэффициент затухания в металле уменьшается, а эффективность экранирование за счёт поглощения падает, поэтому экран, состоящий из нескольких тонких слоёв различных металлов, обладает в низкочастотной области большим экранирующим действием по сравнению с однородным экраном за счёт увеличения числа отражений.

Недостатком металлических экранов можно назвать обеспечение хорошего уровня поглощения лишь при нормальном угле падения ЭМВ на поверхности. При изменении угла падения ЭМВ, коэффициент поглощения уменьшается.

Нерезонансные объёмные РПМ - обычно используются в виде относительно толстых слоев, поглощающих большую часть подводимой энергии до подхода и возможного отражения волны от металлической задней пластины. Принцип работы основан на использовании как диэлектрических, так и магнитных потерь, последнее - за счет добавления соединений феррита. В некоторых случаях используется введение графита в пенополиуретановую матрицу. Этот тип РПМ не только технологически сложен в изготовлении, но и занимает большие объёмы. Неоспоримыми преимуществами такого материала являются высокая поглощающая способность и широкополосность поглощения.

Пирамидальные поглотители электромагнитных волн (Рисунок 2) - это пирамидальные контейнеры, заполненные радиопоглощающим материалом на основе углерода, благодаря чему достигается стабильность радиотехнических и эксплуатационных характеристик поглотителя. Их недостатком является плохая эргономика и большие объёмы, что затрудняет использование РПП при малых объёмах помещения. Так же пирамидальные поглотители, выполненные из полиуретана, не термостойки. Поэтому их использование, при поглощении электромагнитной волны большой мощности, связано с определенным риском нагрева и возгорания. Полиуретан легко абсорбирует влагу, что приводит к изменениям его характеристик.

Рисунок 2 - Пирамидальный поглотитель.

Делись добром ;)