УСТРОЙСТВО ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ ЗАМЕТНОСТИ ОБЪЕКТОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
DEVICE MADE OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS FOR REDUCING RADAR VISIBILITY OF DIFFERENT OBJECTS

Изобретение относится к области радиотехники и касается вопроса снижения радиолокационной заметности объектов с помощью применения полимерных композитов в составе устройства.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является покрытие для поглощения электромагнитных волн, сформированное в виде слоя на основе ткани, размещенного между наружным и внутренними слоями из диэлектрических материалов, причем тканый слой по толщине сформирован из нескольких полотен текстильного материала из синтетических нитей с покрытием из углерода с удельным электрическим сопротивлением нити от 4 до 6 кОм/см; наружный слой выполнен из резины, а внутренний слой выполнен из диэлектрического связующего вещества, содержащего гранулированный материал в количестве от 5 до 25%, в качестве которого используются гранулы углерода и микросферы на основе фенола (патент «Радиопоглощающее покрытие» RU №2243899 С2, 2001 г. - прототип).
Данное изобретение направлено на повышение прочности, жесткости и надежности конструкций из композитных материалов, позволяющих существенно снизить массу конструкции.
u
a
Недостатком прототипа является то, что данная конструкция не обеспечивает широкодиапазонного радиопоглощения, включающего диапазоны сверхвысоких частот S, С, X, K, K, а дает радиопоглощение только в одном диапазоне X (8÷12 ГГц) при падении радиоволн на покрытие за счет их интерференции при отражении на внешних и внутренних слоях, а также поглощения в нитях и в гранулах, входящих в состав покрытия.
Основной задачей предлагаемого изобретения является расширение частотного диапазона радиопоглощения падающего электромагнитного излучения за счет изменения структуры конструкции, которое приведет к снижению радиолокационной заметности объектов и воздействия высокочастотного радиоизлучения на людей.
u
a
Устройство представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из нескольких слоев: наружный слой конструкции выполнен из легковесного стеклопластика, внутренние поглощающие слои из электропроводящей ткани, соединенные прослойками диэлектрического вещества, а тыльный слой со стороны помещений выполнен из углепластика с высокой проводимостью для исключения попадания электромагнитного излучения внутрь помещения. Внутренние слои устройства содержат электропроводящие материалы с поверхностным электрическим сопротивлением 100÷1000 Ом, что обеспечивает поглощение падающих электромагнитных волн и приводит к снижению коэффициента отражения радиоволн от поверхности устройства в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K, K относительно полимерных композитов в 2÷5 раз, а относительно металлической поверхности - в среднем в 30 раз.
Входной наружный слой конструкции, выполненный из легковесного стеклопластика толщиной 1÷4 мм, содержит материал с пониженной относительной диэлектрической проницаемостью от 1,7 до 2,5 для обеспечения мягкого электродинамического входа электромагнитных волн и снижения коэффициента отражения радиоволн от входной поверхности конструкции, состоящей из композитных материалов.
Входной для излучения наружный слой устройства может быть как однослойным, так и многослойным стеклопластиком со сниженной диэлектрической проницаемостью 1,7<ε<2,5, выполненный на основе стекломата из полиэфирных волокон с микросферами типа Lantor Soric SF (XF) и связующего, например винилэфирной смолы DION FR 9300.
За входным наружным слоем находятся несколько поглощающих внутренних слоев из электропроводящей ткани толщиной 200÷400 мкм, разделенных между собой диэлектрическими прокладками толщиной от 2 до 5 мм.
Тыльный слой со стороны помещений выполнен из углепластика толщиной больше 200 мкм и с электрическим сопротивлением меньше 5 Ом.
С точки зрения электродинамических свойств слои имеют различные функциональные назначения. Наружный к окружающей среде слой является радиопрозрачным в широком диапазоне частот и свободно пропускает через себя электромагнитные волны. Он изготавливается из легковесного стеклопластика. Тыльный слой со стороны внутренних помещений имеет противоположное назначение: он полностью отражает электромагнитное излучение обратно, не пропуская его внутрь помещений, то есть обеспечивает полное экранирование излучения, подобно металлу, отражая более 95% излучения в диапазоне радиолокационных длин волн.
Кроме того, в тыльном слое происходит поглощение остаточных электромагнитных волн, которые просачиваются сквозь внутренние слои.
Электропроводящие ткани (внутренние слои) - это поглотители электромагнитных волн. Диэлектрические прослойки между электропроводящими внутренними слоями изготовлены из стеклопластика, обладают хорошими теплоизолирующими свойствами и обеспечивают достаточную прочность и жесткость конструкции.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1 и 2.
На фигуре 1 представлена схема плоскостной многослойной конструкции в составе устройства для снижения радиолокационной заметности объектов.
Между входным наружным слоем 1, контактирующим с окружающей средой, и тыльным слоем 2 находится средний слой, состоящий из нескольких, например от 3 до 6, внутренних поглощающих слоев 3, соединенных прослойками диэлектрического вещества.
На фигуре 2 представлена спектральная зависимость коэффициента отражения падающей радиоволны от поверхности устройства в частотном диапазоне для двух ортогональных поляризаций.
На фигуре 2: 4 - теоретический коэффициент отражения; 5 - экспериментальный коэффициент отражения при параллельной поляризации; 6 - экспериментальный коэффициент отражения при перпендикулярной поляризации.
2
На фигуре 2 коэффициент отражения Г от устройства представлен в логарифмической шкале - в децибелах (дБ) (левая ордината), а правая ордината отображает значение коэффициента отражения от устройства в процентах относительно металлического образца. По оси абсцисс отложена частота падающей электромагнитной волны, выраженная в гигагерцах (ГГц).
u
a
Коэффициент отражения электромагнитной волны от металла составляет 0 дБ для всего частотного диапазона, а для разработанного устройства в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K, K в среднем составляет менее чем минус 15 дБ (3%), причем в диапазоне X в среднем достигает минус 20 дБ (1%), а в отдельных точках этого диапазона - минус 25 дБ (менее 1%). Таким образом, эффективность снижения коэффициента отражения составляет в среднем 30 раз.
u
a
Предлагаемое устройство из полимерных композитных материалов обеспечивает необходимое широкодиапазонное поглощение электромагнитных волн и приводит к эффективному снижению коэффициента отражения радиоволн от поверхности устройства, состоящего из композитных материалов в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K, K в 2÷5 раз.
u
a
Предлагаемое устройство позволит радикально решить задачу снижения радиолокационной заметности объектов в широком диапазоне радиочастот, включающем диапазоны S, С, X, K, K, и использовать такую конструкцию, изготовленную из полимерных материалов, для создания объектов различного назначения, что выгодно отличает его от прототипа.