Тонкий сверхширокополосный поглотитель электромагнитного излучения

Полезная модель относится к тонким сверхширокополосным поглотителям электромагнитного излучения. Настоящую модель можно использовать в военной промышленности для снижения радиолокационной заметности образцов вооружения и специальной техники, для электромагнитной совместимости антенн и фазированных антенных решеток, подавление их боковых лепестков излучения, так же для обеспечения защиты биологических объектов от негативного воздействия электромагнитного излучения приборов бытовой техники и средств мобильной связи.
Известен слоистый поглотитель электромагнитных волн (патент РФ №2580408, 28.08.2013), выполненный из элементов, состоящих: из основного поглощающего слоя, выполненного из пакета слоев ткани, причем первый и последний слои ткани металлизированы медью; из согласующего в виде слоя сетки, металлизированной медью; из защитного слоя, нанесенного на верхнюю поверхность основного поглощающего слоя; из электропроводящего слоя, выполненного в виде слоя никеля; а электропроводящий слой расположен на нижней поверхности основного металлизированного медью поглощающего слоя.
Недостатком такого слоистого поглотителя электромагнитных волн является, большая толщина готового изделия, достаточно большой удельный вес, трудоемкость изготовления.
12
19
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является поглотитель состоящий из диэлектрического и магнитного материалов на металлической подложке (патент РФ №2 657 018, 26.07.2017). Диэлектрический материал представляет собой плоское радиопоглощающее пеностекло толщиной 7 мм, полученное при содержании в пенообразующей смеси 1 мас.% сажи, магнитный слой представляет собой композит толщиной 1,5 мм, содержащий 60 мас.% высокочастотного радиопоглощающего гексаферрита BaFeO, связанного полимерным связующим.
Недостатком такого поглотителя является, рабочий диапазон поглощения электромагнитного излучения от 20 до 260 Ггц, что свидетельствует о недостаточном поглощении на более низких частотах, так же к недостаткам данного аналога относится толщина слоистой конструкции, она не приемлема для ряда применений поглощающих покрытий.
2
Полезная модель тонкого сверхширокополосного поглотителя электромагнитного излучения на основе частотно-избирательных решеток обладают улучшенными параметрами, такими как: толщина структуры (от 3 до 15 мм), удельный вес детали (100 гр/м), широкий диапазон частот полосы поглощения (3-15 ГГц), высокий уровень поглощения электромагнитного излучения (более 10 дБ), которые позволяют применять данный поглотитель в любой сфере защиты от негативного влияния электромагнитного излучения.
Технической задачей устройства является создание поглотителя электромагнитных волн более простой конструкции, обладающего меньшей массой и толщиной и работающего в широком диапазоне частот.
Технический результат достигается тем, что поглотитель электромагнитных волн, состоящий из слоев диэлектрического материала, магнитного материала и металлической подложки, отличающийся тем, что между поглощающей структурой и отражающей металлической подложкой расположена воздушная прослойка, выполненная из пенополистерола толщиной от 2 до 12 мм.
40
40
20
60
2
40
Предложенный радиопоглощающий материал представляет собой структуру, состоящую из четырех слоев. Первые два слоя представляют собой частотно-избирательную решетку (ЧИР) с резистивными потерями, где в качестве резистивного слоя используется тонкопленочный композит (CoFeB)(SiO), а в качестве подложки - полимер с пространственно-распределенными элементами крестообразной формы различного масштаба, при этом элементы различного масштаба соединены между собой. Третьим слоем служит воздушная прослойка из пенополистерола, который входит в группу неполярных полимеров с маленьким значением диэлектрической проницаемости.
40
40
20
60
2
40
На фигуре 1 изображено устройство заявляемого тонкого сверхширокополосного поглотителя электромагнитного излучения, где 1 -функциональный нанокомпозиционный материал (CoFeB)(SiO); 2 - полимерная подложка с пространственно-распределенными элементами крестообразной формы; 3 - воздушная прослойка из пенополистерола, входящая в группу неполярных полимеров с маленьким значением диэлектрической проницаемости; 4 - металлическая подложка, служащая отражающей поверхностью.
На фигуре 2 изображен график частотных зависимостей коэффициента поглощения электромагнитного излучения, где 5 - устройство поглотителя электромагнитного излучения без воздушного зазора; 6 - устройство поглотителя электромагнитного излучения с зазором 2 мм; 7 - устройство поглотителя электромагнитного излучения с зазором 4 мм; 8 - устройство поглотителя электромагнитного излучения с зазором 6 мм; 9 - устройство поглотителя электромагнитного излучения с зазором 8 мм; 10 - устройство поглотителя электромагнитного излучения с зазором 12 мм;
40
40
20
60
2
40
Заявляемый поглотитель электромагнитных волн является изобретением нового поколения на основе тонких пленок. В качестве резистивного материала для ЧИР, используется тонкопленочный композит (CoFeB)(SiO). Данное резистивные покрытие существенно сокращает толщину ЧИР, позволяя использовать их в широкой области применения. Также для расширения полосы поглощения радиопоглотителя на основе ЧИР, используются подложки с пространственно-распределенными элементами крестообразной формы различного масштаба полученные с помощью метода трехмерной печати, еще одним существенным параметром, улучшающим поглощающие свойства устройства, является воздушная прослойка из пенополистерола, входящая в группу неполярных полимеров с маленьким значением диэлектрической проницаемости.
40
40
20
60
2
40
40
40
20
60
2
40
2
2
Пример устройства сверхширокополосного поглотителя электромагнитного излучения в широком диапазоне частот на основе частотно-избирательных решеток с распределенными резистивными нагрузками. В качестве металлической отражающей подложки может быть использован металлизированный листовой текстолит фиг. 1(4). Между металлической подложкой и структурой частотно избирательной решетки устанавливается воздушная прослойка материал из группы неполярных полимеров с маленьким значением диэлектрической проницаемости фиг. 1(3). Для получения заданной топологии ЧИР подложек с пространственно-распределенными элементами крестообразной формы различного масштаба, использовалась технология трехмерной полимерной печати FDM (fused deposition modeling). В качестве полимера был выбран полиуретан фиг. 1 (2). Он обладает хорошими механическими свойствами и имеет широкий спектр рабочих температур - от -60°С до +155°С. После получения подложек, на них осаждается функциональный нанокомпозиционный материал (CoFeB)(SiO)фиг. 1 (1). Выбор композита в качестве резистивного слоя обусловлен как простотой изменения удельного электрического сопротивления гетерогенного покрытия путем варьирования соотношений диэлектрической и металлической компонент, так и замечательными высокочастотными магнитными свойствами (CoFeB)(SiO). Четыре полимерные подложки размером 170×170 мм закреплялась на поверхность карусели напылительной установки. После чего методом ионно-плазменного распыления производилось осаждение резистивных пленок. После чего полимерные подложки с функциональным нанокомпозиционным резистивным покрытием скреплялись между собой стандартным методом ламинирования, путем нагревания пленки лавсана толщиной 0,125 мм на поверхности ЧИР. Полученное устройство представляло собой четырехслойную панель размером 370×370 мм.
Коэффициент поглощения измерен с помощью векторного анализатора цепей в диапазоне частот 0-20 ГГц, с помощью рупорной антенны. Широкополосная рупорная антенна была установлена вплотную к измеряемым образцам. Воздушный зазор между образцом и металлической подложкой изменялся путем внесения пластин пенополистерола, материала из группы неполярных полимеров с маленьким значением диэлектрической проницаемости различной толщины.
На фиг .2 представлен график частотных зависимостей коэффициента поглощения электромагнитного излучения для устройства полезной модели тонкого сверхширокополосного поглотителя электромагнитного излучения на основе частотно-избирательных решеток с различным воздушным зазором.
Технический результат. Расположение воздушной прослойки между поглощающей структурой и отражающей металлической подложкой позволило существенно увеличивает значения коэффициента поглощения до 13dB и сдвинуть спектр поглощения в низкочастотную область. Спектр поглощения имеет широкий диапазон частот от 2,5 до 10 ГГц.