ПОГЛОТИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Полезная модель относится к области антенной техники и может быть применено для создания поглотителей электромагнитных волн (ПЭВ), используемых при оснащении безэховых камер (БЭК) и экранированных помещений.
При создании многофункциональных универсальных БЭК высокого качества используются, как правило, широкодиапазонные ПЭВ шиповидной конструкции, имеющие, в основном, пирамидальную форму.
Известны пирамидальные радиопоглощающие материалы, выполненные с использованием эластичного пенополиуретана с углеродным наполнителем (Мицмахер М.Ю., Торгованов В.А. «Безэховые камеры СВЧ», М.: Радио и связь, 1982 г.). Несмотря на малые весовые характеристики и малый коэффициент отражения в широком диапазоне электромагнитных волн, данные поглотители имеют ряд существенных недостатков. Пористая поверхность пирамидальных элементов из пенополиуретана с течением времени покрывается пылью, сам полимер имеет тенденцию к деструкции в процессе эксплуатации, что, в конечном счете, сказывается на стабильности радиотехнических характеристик. К тому же пенополиуретан является горючим материалом с выделением при горении ядовитых веществ, что требует дополнительных материальных затрат на установку автоматической системы пожаротушения.
Известен патент СССР №1755729 от 30.03.1989 г., в котором приведен вариант изготовления пирамидального ПЭВ. Корпус пирамидального ПЭВ и внутренний заполнитель выполнены из трудногорючего пеноасбеста, наполненного углеродным волокном с заданными электрофизическими параметрами. Однако малые весовые характеристики, очень низкие прочностные параметры и канцерогенность материала, из которого выполнен ПЭВ, являются серьезными недостатками данного технического решения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является поглотитель электромагнитных волн (Патент РФ №2340054 от 17.10.2007 г.) для безэховых камер, содержащий полый диэлектрический корпус в виде четырехгранной пирамиды с цокольным основанием в форме прямоугольной призмы, во внутренней полости которой находится радиопоглощающий заполнитель. Корпус данного ПЭВ, принятого за прототип, выполнен из трудногорючего микрогофрокартона, а заполнитель представляет собой объемные и/или плоские фигуры изготовляемые из трудногорючих листовых токопроводящих материалов на основе бумаги и/или ткани с электрическим сопротивлением в пределах 100-1000 Ом/квадрат. К серьезному недостатку прототипа следует отнести отсутствие изотропности в объемных или плоских фигурах внутреннего заполнителя и как следствие неравномерность распределения его в пирамидальном корпусе с образованием пустот и полостей, в которых отсутствуют поглощающие компоненты. Линейные размеры образовавшихся пустот и полостей становятся соизмеримыми или кратными с длиной волны падающего электромагнитного излучения, что сказывается на нелинейности (осцилляции) характеристики коэффициента отражения в зависимости от изменения частоты сигнала и невозможности получения ПЭВ высокого качества.
Техническая задача, на решение которой направлена данная полезная модель, состояла в разработке ПЭВ, который при сохранении малых весовых, высоких прочностных и пожаробезопасных характеристик, обладал бы малыми значениями коэффициента отражения в широком диапазоне частот и имел бы при этом линейную зависимость коэффициента отражения от изменения частоты, осцилляция которого не превышала бы величины ±2 дБ на длинах волн, отличающихся друг от друга на величину 1 см.
Это достигается тем, что в известном ПЭВ для БЭК и экранированных помещений, содержащем полый диэлектрический корпус, выполненный в виде прямоугольной призмы, во внутренней полости которой находится радиопоглощающий заполнитель, который представляет собой сферические гранулы пенополистирола диаметром в пределах 1,0-5,0 мм, покрытые токопроводящей пленкой с электрическим сопротивлением в пределах 100-1000 Ом/квадрат.
Приведенный заявителем поиск по патентным и научно-техническим источникам и выбранный из перечня аналогов прототип, позволили выявить отличительные признаки в заявленном решении, следовательно, предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию полезной модели «новизна». Дополнительный же поиск, проведенный заявителем, не обнаружил технических решений, имеющих сходные признаки с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа.
На чертеже Фиг.1 изображен общий вид технического решения заявляемого ПЭВ, где 1 - корпус; 2 - радиопоглощающий заполнитель; 3 - узел крепления ПЭВ к поверхности БЭК.
3
Полезная модель работает следующим образом. Радиопоглощающий заполнитель 2, располагающийся внутри корпуса ПЭВ 1, выполнен из сферических гранул вспененного пенополистирола диаметром в пределах 1.0-5.0 мм (ТУ 5712-006-17955111-2003), покрытых токопроводящей пленкой с электрическим сопротивлением в пределах 100-1000 Ом/квадрат на основе коллоидно-графитового препарата ВКГС-0 ТУ 113-48-52-89. После засыпки в корпус ПЭВ с вибрационным уплотнителем, сферические гранулы образуют плотный, однородный и достаточно изотропный заполнитель, плотность которого составляет величину 40 кг/м.
Используемый диаметр гранул пенополистирола и параметры электрического сопротивления токопроводящей пленки обусловлены тем, что они являются оптимальными для материала заполнителя. При меньшем диаметре гранул пенополистирола увеличивается плотность заполнителя, из-за которой увеличивается коэффициент отражения в коротковолновом диапазоне СВЧ. При большем диаметре заявленных гранул увеличивается как бы расстояние между токопроводящими покрытиями и в результате уменьшается общая поверхность поглощающего компонента, что также увеличивает коэффициент отражения, но в длинноволновом диапазоне СВЧ.
Для электрического сопротивления токопроводящих покрытий заполнителя указанные пределы тоже являются оптимальными, поскольку при указанных величинах взаимозависимые коэффициенты отражения и поглощения электромагнитной волны имеют наиболее рациональные значения для получения высококачественного широкодиапазонного ПЭВ. При выходе за пределы указанных значений электрического сопротивления коэффициент отражения для пирамидальных поглотителей перестает иметь малые величины и резко возрастает в какой-либо части рабочего диапазона ПЭВ, приобретая нежелательный осциллирующий характер, что недопустимо для поглотителей высокого качества.
Покрытие гранул пенополистирола токопроводящей пленкой осуществляется технологическим методом групповой обкатки в вращающихся сетчатых барабанах, куда вводится через дозирующее устройство коллоидно-графитовый препарат. Затем сетчатые барабаны обдуваются теплым воздушным потоком, благодаря которому значительно сокращается время сушки. Контроль электрического сопротивления токопроводящей пленки осуществляется после сушки на образцах-спутниках из пенополистирола по ГОСТ 6433.2-71.
Корпус 1 заявляемого поглотителя изготавливается из микрогофрокартона, выпускаемого по ГОСТ 7376-89. Для придания поглотителю 2 свойств, классифицируемых по ГОСТ 12.1.044-89 как трудногорючий, склеенные и высушенные корпуса покрывают огнезащитной краской «Аквест-01» ТУ 2316-007-47363170-03, которая позволяет значительно увеличить сроки эксплуатации по сравнению с прототипом. Дополнительно в огнезащитную краску вводятся красители для придания корпусам ПЭВ любых цветовых тонов по усмотрению потребителя и антистатические ингредиенты, что позволяет в достаточной степени исключить накопление статического электричества на изделии в целом.
После вибрационной засыпки заполнителя 2 во внутренний объем корпуса 1 ПЭВ последний герметично заклеивают, а затем на внешней стороне крышки корпуса монтируют узлы крепления 3 всего пирамидального элемента к рабочим поверхностям БЭК. Узлы крепления 3 могут быть выполнены в виде металлических «усов», благодаря которым пирамидальные элементы нанизываются по направляющим, закрепленным на поверхности БЭК, либо в виде текстильных застежек, ответная часть которых приклеивается к любым поверхностям камеры в заданном месте.
В таблице приведенной ниже, представлены радиотехнические характеристики 2-х вариантов прототипа высотой 300 мм и равного по высоте и габаритным размерам заявляемого поглотителя 2, в 3-х вариантах которого использовались радиопоглощающие заполнители 2 с различными электрическими сопротивлениями покрытия. Данные радиотехнические характеристики получены авторами при испытании указанных образцов ПЭВ по ГОСТ 30381-95.
Таблица
Длина волны, см (частота, Ггц)
Коэффициент отражения по мощности, минус дБ
ПрототипВариант заполнителя
Заявляемый ПЭВПоверхностное эл.сопротивление, Ом/ квадрат
А
Д
100÷200
300÷450
700÷1000
2,0 (15,0)
40,0
36,0
39,0
47,0
47,0
3,0 (10,0)
34,0
40,0
40,0
45,0
47,0
4,0 (7,5)
38,0
37,0
41,0
45,0
50,0
5,0 (6,0)
40,0
42,0
40,0
47,0
47,0
6,0 (5,0)
40,0
50,0
41,0
45,0
47,0
7,0 (4,3)
36,0
45,0
42,0
47,0
45,0
8,0 (3,75)
42,0
42,0
40,0
45,0
45,0
9,0 (3,3)
38,0
40,0
41,0
43,0
47,0
10,0 (3,0)
36,0
40,0
40,0
45,0
45,0
11,0 (2,7)
40,0
36,0
40,0
43,0
45,0
12,0 (2,5)
45,0
35,0
42,0
45,0
43,0
13,0 (2,3)
42,0
38,0
41,0
43,0
42,0
14,0 (2,14)
40,0
42,0
41,0
42,0
42,0
15,0 (2,0)
45,0
40,0
40,0
43,0
40,0
16,0 (1,9)
42,0
37,0
39,0
41,0
40,0
17,0 (1,8)
45,0
34,0
40,0
40,0
39,0
18,0 (1,7)
40,0
38,0
38,0
42,0
40,0
19,0 (1,6)
42,0
40,0
37,0
41,0
38,0
20,0 (1,5)
45,0
37,0
38,0
40,0
37,0
21,0 (1,43)
40,0
41,0
36,5
38,0
36,5
22,0 (1,36)
45,0
40,0
38,0
37,0
36,0
23,0 (1,3)
41,0
37,0
36,0
36,5
34,0
24,0 (1,25)
40,0
37,0
37,0
35,0
33,0
25,0 (1,2)
43,0
38,0
36,0
35,0
33,0
26,0 (1,15)
36,0
35,0
36,0
34,0
34,0
27,0 (1,11)
33,0
35,0
35,0
35,0
32,0
28,0 (1,07)
32,0
33,0
34,0
33,0
33,0
29,0 (1,034)
30,0
35,0
34,5
34,0
32,0
30,0 (1,0)
31,0
34,0
34,0
33,0
31,0
Как видно из таблицы отклонения величины коэффициента отражения для соседних длин волн у заявленного ПЭВ не превышает 2 дБ, в то время как у прототипа эта величина может достигать 6 дБ.
Предлагаемое техническое решение относится к пирамидальным ПЭВ, которые имеют однородный и изотропный заполнитель. Это позволяет хорошо согласовывать поглотитель 2 со свободным пространством и иметь при этом высокие радиотехнические характеристики за счет сочетания как бы плавно изменяющегося градиента потерь по высоте с диффузионными свойствами поверхностей граней пирамид, обеспечивающих многократное переотражение электромагнитных волн по мере проникновения в поглощающую структуру. Для данных поглотителей 2 радиотехнические характеристики зависят от размеров и высоты пирамидальных элементов и выбираются в зависимости от заданной минимальной и максимальной длины волны и требуемого коэффициента отражения в этом диапазоне.
К достоинствам заявляемого поглотителя следует также отнести возможность удаления пыли с поверхности пирамидальных корпусов, что улучшает условия работы обслуживающего персонала безэховой камеры.
Заявляемое техническое решение является высококачественным, пожаробезопасным, экологически чистым поглотителем электромагнитных волн. Вес одного квадратного метра ПЭВ не превышает 10 кг, что позволяет отнести его к легким материалам. Технологические операции изготовления заявляемого ПЭВ допускают механизацию и автоматизацию при промышленном выпуске, что в конечном итоге, с учетом малой номенклатуры исходных материалов, сказывается на низкой стоимости изделия.
Технико-экономические преимущества заявляемого технического решения имеют место и основываются на следующем:
во-первых, за счет высоких радиотехнических показателей заявляемого ПЭВ повышается качество и снижается себестоимость затрат при проведении испытаний антенной техники.
во-вторых, за счет малых весовых характеристик уменьшаются расходы на возведение опорных и несущих строительных конструкций, необходимых для монтажа ПЭВ.
в-третьих, снижаются расходы при эксплуатации заявляемого ПЭВ за счет исключения затрат на удаление и нейтрализацию вредных, пылевидных и канцерогенных веществ из рабочего объема безэховой камеры.