УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
DEVICE FOR ABSORBING ELECTROMAGNETIC RADIATION

Изобретение относится к области СВЧ-техники, а именно к поглотителям электромагнитного излучения для оборудования ими безэховых камер, используемых для испытания радио-, теле - и других электротехнических устройств.
Известен поглотитель электромагнитного излучения, который выполнен в виде трех слоев: внешнего и нижнего из диэлектрических материалов и расположенного между ними среднего слоя электропроводящего материала. К недостаткам поглотителя следует отнести узкий рабочий диапазон частот (Авт. св. №1786567, Н01Q 17/00, Бюл. №1, 07.01.93).
Известен поглотитель электромагнитного излучения, который состоит из диэлектрических волокон и полимерного связующего и из расположенных в активных слоях проводящих поглощающих элементов (Патент RU №2231181, Н01Q 17/00, Бюл. №17, 20.06.2001). Диэлектрическая проницаемость элементов возрастает от наружного активного слоя к активным внутренним слоям и металлу. Поглощающие элементы выполнены из углеграфитовой ткани и образуют дифракционные решетки. Этот поглотитель работает в узком диапазоне частот.
Наиболее близким техническим решением по конструкции и достигаемому результату (прототип) является «Устройство для поглощения электромагнитного излучения» (RU, пат. №2169952, G12В 17/00, Н01Q 17/00, Н05К 9/00, Бюл. №18 от 27.06.01). Это устройство состоит из ферритовой подложки и нанесенного на него согласующего диэлектрического слоя с углеродным наполнителем. Согласующий диэлектрический слой представляет собой слоистую структуру, состоящую из плоских слоев звукопоглощающего материала различной плотности, причем плотность слоев уменьшается по мере удаления от ферритовой подложки. Устройство работает в широком диапазоне частот от 20-30000 МГц и имеет звукопоглощающие свойства, но имеет большой вес из-за большой толщины ферритовой подложки 65 мм.
Техническим результатом изобретения является создание широкополосного устройства для поглощения электромагнитного излучения, уменьшение его веса и коэффициента отражения в диапазоне частот, а также упрощение технологии изготовления и монтажа на стены безэховых камер (БЭК).
Конструкция устройства для поглощения электромагнитного излучения (ЭМИ) поясняется чертежами и таблицей.
Фиг.1. Конструкция устройства. Введены обозначения: 1 - плоский металлический экран; 2 - плоский диэлектрический слой материала без диэлектрических потерь; 3 - плоский ферритовый слой; 4 - плоский пакет диэлектрического радиопоглощающего материала (РПМ).
Фиг.2. Графики изменения значений коэффициента отражения в диапазоне частот, для заявляемого устройства (сплошная кривая) и устройства-прототипа (пунктирная кривая). На оси ординат графиков отложены значения коэффициента отражения заявляемого устройства и прототипа, на оси абсцисс - диапазон частот в МГц.
Фиг.3. Таблица. Концентрация полупроводящих вибраторов в диэлектрических слоях плоского пакета диэлектрического материала. В таблице введены обозначения: № слоя плоского пакета РПМ 4; К - концентрация полупроводящих вибраторов в диэлектрических слоях плоского пакета РПМ 4.
Устройство для поглощения ЭМИ состоит (фиг.1) из плоского металлического экрана 1, плоского ферритового слоя 3, плоского диэлектрического слоя без диэлектрических потерь 2, размещенного между экраном 1 и теневой стороной ферритового слоя 3, и плоского согласующего диэлектрического пакета РПМ 4. Устройство для поглощения ЭМИ выполнено в форме прямоугольного параллелепипеда.
В качестве металлического экрана 1 может быть применен листовой металл, например листы железа, металлическая фольга или металлическая стена БЭК, на которой крепится устройство для поглощения.
Плоский диэлектрический слой 2 выполнен из диэлектрика без потерь толщиной 9,0-9,5 мм, например, из древесностружечной (ДСП) или древесноволокнистой плиты (ДВП) и размещен между экраном 1 и теневой стороной ферритового слоя 3.
Плоский ферритовый слой 3 выполнен из прилегающих вплотную друг к другу квадратных ферритовых плиток толщиной 6,6±0,1 мм с размерами ширины и длины 60×60±0,1 мм.
Согласующий диэлектрический пакет РПМ 4 состоит из плоских не менее 10 диэлектрических слоев одинаковой толщины с изменяющейся относительной диэлектрической проницаемостью в диапазоне частот. Крепится пакет РПМ 4 на освещенной ЭМИ стороне ферритового слоя 3.
Первые два диэлектрических слоя согласующего пакета 4, считая от ферритового слоя, не имеют диэлектрических потерь.
Последующие диэлектрические слои пакета 4 заполнены с хаотически распределенными в материале диэлектрика полупроводящими вибраторами из науглероженных вискозных нитей со средней толщиной 0,009 мм, длиной 9-10 мм и удельным объемным сопротивлением 0,008±5% Ом·см и имеют одинаковую концентрацию в одном слое. Вибраторы обеспечивают диэлектрические потери в слоях пакета 4.
-5
-5
Концентрация вибраторов К, начиная с третьего до среднего диэлектрического слоя согласующего пакета 4, увеличиваются от 0,3·10±5% до экстремального значения их концентрации среднего диэлектрического слоя согласующего пакета, равного 2·10±5%, а затем значение концентрации уменьшается, причем значение концентрации полупроводящих вибраторов последнего слоя согласующего пакета 4 равно концентрации вибраторов 3 диэлектрического слоя согласующего пакета 4. Такой закон изменения концентрации вибраторов, совместно с применением диэлектрического слоя 2 между экраном 1 и ферритовым слоем 3, обеспечивает согласование феррита со свободным пространством, благодаря чему коэффициент отражения предложенного устройства меньше, чем у прототипа, во всем диапазоне частот 30-18000 МГц (фиг.2).
При монтаже устройства для поглощения электромагнитного излучения на внутреннюю металлическую поверхность безэховой камеры (БЭК), которая в этом случае служит экраном 1 устройства для поглощения ЭМИ, заблаговременно ферритовые плитки вплотную приклеивают на панель из ДВП. Панель болтами крепят к плоской металлической поверхности БЭК. На ферритовую поверхность наклеивают плоскослоистый согласующий диэлектрический пакет 4.
Практическое осуществление изобретения.
Была изготовлена партия опытных образцов устройства для поглощения ЭМИ. Опытный образец устройства состоит (фиг.1) из плоского металлического экрана 1, плоского диэлектрического 2, плоского ферритового слоя 3 из ферритовых плиток и согласующего пакета 4. Опытный образец устройства выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда толщиной 350 мм и квадратным основанием с размерами 600×600 мм (фиг.1).
В качестве металлического экрана 1 применена алюминиевая фольга толщиной 0,1 мм, шириной и длиной 600×600 мм, которая наклеена на теневую сторону диэлектрического слоя 2. Плоский диэлектрический слой 2 выполнен из ДВП толщиной 9,5 мм.
Плоский ферритовый слой 3 выполнен из прилегающих вплотную друг к другу ферритовых пластинок толщиной 6,6 мм, с размерами ширины и длины 60×60 мм, из феррита марки «Феррилен», который наклеен на другую сторону плоского диэлектрического слоя 2.
Согласующий диэлектрический пакет РПМ 4 состоит из 11 плоских диэлектрических слоев толщиной 30 мм каждый с изменяющейся от частоты относительной комплексной диэлектрической проницаемостью, который приклеен на освещенную ЭМИ сторону ферритового слоя 3.
Первые два диэлектрических слоя согласующего пакета 4, считая от ферритового слоя 3, не имеют диэлектрических потерь и выполнены из вспененного асбеста.
Диэлектрические слои с 3-го по 11-й согласующего пакета 4 выполнены из вспененного асбеста с хаотически распределенными в нем полупроводящими вибраторами из науглероженных вискозных нитей толщиной 0,009 мм, длиной 10 мм и удельным объемным сопротивлением 0,008 Ом·см. Концентрация вибраторов в одном слое одинаковая.
-5
-5
Значения оптимальной концентрации полупроводящих вибраторов для каждого диэлектрического слоя с потерями были получены расчетным путем. Результаты расчета приведены в таблице фиг.3. Из этой таблицы видно, что концентрация вибраторов, начиная с третьего до среднего слоя пакета, увеличиваются от 0,3·10 до экстремального значения концентрации среднего слоя пакета, равного 2·10, а затем значение концентрации полупроводящих вибраторов уменьшается, причем значение концентрации полупроводящих вибраторов последнего слоя, равно концентрации вибраторов 3 слоя. Такой закон изменения концентрации вибраторов, совместно с применением диэлектрического слоя 2 между экраном 1 и ферритовым слоем 3, обеспечил согласование устройства для поглощения ЭМИ со свободным пространством.
Минимизация значений коэффициента отражения устройства для поглощения была произведена расчетным путем методом итерации в диапазоне частот от 30 до 18000 МГц. После изготовления устройства по результатам расчета было произведено измерение реального коэффициента отражения во всем диапазоне частот с помощью широкополосного рефлектометра. Результаты эксперимента приведены на фиг.2 (ломаная сплошная линия). Для сравнения на этом же чертеже представлен график зависимости коэффициента отражения прототипа в том же диапазоне частот (ломаная пунктирная линия). Как видно из этих графиков, значения коэффициента отражения заявляемого устройства во всем диапазоне частот меньше, чем у прототипа.
Состав примененного феррита марки «Феррилен» и его технология изготовления обеспечивают поглощение ЭМИ в рабочем диапазоне частот 30-1800 МГц между резонансом доменных границ и естественным ферромагнитным резонансом, где вещественная часть магнитной проницаемости четная функция частоты, а мнимая - нечетная, у которой основной член - произведение намагниченности насыщения умноженной на поле анизотропии, деленное на частоту.
Перед монтажом образцов устройства для поглощения ЭМИ на внутреннюю металлическую поверхность безэховой камеры (БЭК) ферритовые плитки приклеивались на панель из ДВП, с другой стороны которой приклеивалась алюминиевая фольга. На ферритовую поверхность наклеивался плоскослоистый согласующий диэлектрический пакет 4.
По сравнению с прототипом в устройстве, выполненном по изобретению, существенно уменьшена толщина ферритового слоя, что значительно уменьшило массу феррита (в 8 раз). Наличие панели, выполненной из ДВП - диэлектрического слоя без потерь 2, обеспечило требуемый зазор 9,5 мм между ферритом и металлическим экраном, необходимый для увеличения поглощения электромагнитного излучения на частотах более 300 МГц, и упростило монтаж поглощающего устройства на стены БЭК. Присутствие двух диэлектрических слоев без потерь (1-го и 2-го) в согласующем пакете 4 предложенного устройства существенно увеличило поглощение ЭМИ в ферритовом слое в резонансной области.
Технический результат изобретения достигнут, создано широкополосное устройство для поглощения электромагнитного излучения, уменьшены его вес и коэффициент отражения. Упрощены технологии изготовления устройства поглощения ЭМИ и монтажа на металлические стены БЭК.