РАДИОПОГЛОЩАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ
ANTIRADAR COATING

Изобретение относится к материалам для поглощения электромагнитных волн (ЭМВ) и может быть использовано для уменьшения изрезанности (улучшения формы) диаграмм направленности (ДН) антенн в антенных устройствах, состоящих из одной или нескольких антенн, размещенных в непосредственной близости с металлической или диэлектрической поверхностями сложной геометрической формы, а также для снижения радиолокационной видимости антенной системы, например, самолетного применения.
Слабонаправленные антенны на основе, например, круглого волновода часто дополняются небольшими рупорами или диэлектрическими линзами с тем, чтобы получить монотонные осесимметричные диаграммы направленности, которые могут быть использованы для амплитудной пеленгации. В этом случае создание требуемых диаграмм направленности осуществляется за счет определенного формирования электромагнитного поля в передней полусфере антенны. Данные антенны имеют расширяющуюся к раскрыву конструктивную внешнюю форму, которая затрудняет размещение таких антенн в передней части крыла самолета.
Возможен другой вариант конструкции слабонаправленной антенны на основе круглого волновода. В нем используется антенный рассеятель, находящийся в задней полусфере антенны, при этом конструкция рассеятеля сужается к раскрыву антенны, что позволяет удобно размещать их в крыле самолета. Применение такого рассеятеля имеет еще одно преимущество - позволяет избавиться от влияния конструкций, находящихся в области размещения, например обтекателя, других элементов крыла.
Однако такой рассеятель не всегда обеспечивает минимальную изрезанность диаграммы направленности антенны. С этой целью на внешнюю поверхность рассеятеля наносится слой радиопоглощающего покрытия определенной толщины и состава, к которому предъявляются жесткие требования по обеспечению:
1) минимальной изрезанности диаграммы направленности антенн (не более 0,3-0,4 дБ) в заданном диапазоне частот и поляризаций;
2) высокой адгезионной и механической прочности радиопоглощающего покрытия;
3) минимальной толщины и массы;
4) технологичности изготовления.
Из поглощающих материалов, поставляемых в готовом виде, известны однослойные магнитодиэлектрические пластины, например, марки ПМ-3,2 (ТУ 2531-002-10492330-2000), имеющие удовлетворительную механическую прочность. Приклейка пластин на отражающую электромагнитные волны поверхность производится клеями на полиуретановой, эпоксидной и каучуковой основах. Недостатками материала являются разброс по толщине пластин, поставляемых в готовом виде от 1,83 до 2,03 мм (фактические данные по анализу готовой продукции), и потери материала вследствие механической обработки пластин, а также большая трудоемкость изготовления изделий, имеющих различную кривизну поверхности.
Наиболее близким по технической сущности является радиопоглощающее покрытие (патент РФ №2155420), относящееся к поглотителям электромагнитных волн в диапазоне сверхвысоких частот. Материал может быть использован для уменьшения радиолокационной видимости объектов различного назначения и конфигураций. Радиопоглощающий материал, который используется в этом радиопоглощающем покрытии, включает в себя в качестве полимерного связующего синтетический клей «Элатон» на основе латекса и в качестве магнитного наполнителя - порошкообразный феррит или карбонильное железо при соотношении компонентов, мас.%: синтетический клей «Элатон» на основе латекса 80-20, порошкообразный феррит или карбонильное железо 20-80. Радиопоглощающее покрытие выполняется в виде слоев радиопоглощающего материала, первый из которых нанесен на отражающую электромагнитные волны поверхность, а остальные нанесены последовательно один на другой, при этом количество слоев радиопоглощающего материала определяется требуемой величиной коэффициента поглощения покрытия. Указанное радиопоглощающее покрытие имеет высокую адгезию к алюминиевым и стальным сплавам, что обуславливает получение с его помощью тонкопленочного (толщиной 1…2 мм) покрытия.
Известный радиопоглощающий материал пригоден для нанесения на поверхности различной геометрии, однако имеет большую трудоемкость изготовления и неудовлетворительную механическую прочность.
Таким образом, цель изобретения заключается в разработке прочного однослойного радиопоглощающего покрытия для антенн, обеспечивающего минимальную изрезанность диаграммы направленности антенны в заданном диапазоне частот наряду с технологичностью его изготовления.
Для достижения поставленной цели в составе на основе магнитодиэлектрика, состоящего из карбонильного железа и полимерного связующего, в качестве полимерного связующего использован эпоксидный эластомер с отвердителем при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Эпоксидный эластомер
100
Отвердитель
8
Карбонильное железо Р-10
200-600
Данное радиопоглощающее покрытие для антенн обладает высокой адгезионной и механической прочностью и удобно для нанесения непосредственно на изделие. При этом оно является однослойным, а его толщина определяется из условия минимальной изрезанности диграммы направленности антенны в требуемом диапазоне частот и поляризаций и составляет 0,18 λ ср. При этом изрезанность диаграммы направленности антенны не превышает 0,1-0,3 дБ.
Влияние рассеятеля на диаграмму направленности антенны и положительное воздействие нового радиопоглощающего покрытия по сравнению с ПМ-3,2 показано на фиг.1 и фиг.2.
Сравнительные характеристики физико-механических свойств исследованных радиопоглощающих материалов приведены в таблице.
Таблица
Показатели
РПП (ПМ-3,2)
Клей «Элатон-К» на основе латекса
Радиопоглощающее покрытие для антенн
Номинальный удельный вес, г/см<sup>3</sup>
2,84
5,00
Не более 2,72
Номинальная толщина, мм
1,83
1…2
1…2
Прочность при разрыве, МПа, не менее
3,5
2,3
20,0
Магнитная проницаемость
1.23
-
1,15
Диэлектрическая проницаемость
10,21
-
11,07
Примечание: магнитная и диэлектрическая проницаемость нового радиопоглощающего покрытия для антенн измерена при нормальном падении электромагнитных волн на плоский образец, расположенный на металлическом экране.
Как видно из данных, приведенных в таблице, предлагаемое однослойное радиопоглощающее покрытие для антенн имеет наибольшую прочность и приемлемые радиотехнические характеристики.
Состав готовят следующим образом. Карбонильное железо просеивают через капроновое сито и сушат при температуре (120±10)°С в течение 1-2 ч в сушильном шкафу. В эпоксидный эластомер вводятся отмеренные количества отвердителя и карбонильного железа, после чего смесь тщательно перемешивается. Полученную смесь наносят непосредственно на изделие, затем помещают в специальную форму, обеспечивающую определенную толщину покрытия. Форма закрывается и выдерживается при нормальной температуре (25±10)°С в течение 24 ч.
После извлечения из формы изделия до испытаний выдерживаются в нормальных условиях не менее 24 ч.
Для проверки радиотехнических характеристик были изготовлены:
состав 1 и состав 2 собственных рецептур с полимерным связующим, эпоксидным эластомером с отвердителем, с различным содержанием карбонильного железа при следующем соотношении компонентов, мас.ч:
Состав 1:
Состав 2:
Эпоксидный эластомер
100
100
Отвердитель
8
8
Карбонильное железо Р-10
200
600
Для экспериментальной проверки радиотехнических характеристик были изготовлены образцы (составы 1, 2) радиопоглощающего покрытия для антенн разной толщины: 0,08 λ ср, 0,11 λ, ср, 0,18 λ ср.
Выбор лучшего варианта образца проводился сравнением диаграмм направленности антенны по минимальности их искажений. Диаграммы направленности измерялись при вертикальной (ВП) и горизонтальной (ГП) поляризациях падающего поля для трех частот диапазона.
Установлено, что минимальную изрезанность К=0,1 - 0,3 дБ диаграммы направленности антенны обеспечивают образцы толщиной 0,18 λ ср.
С уменьшением толщины образцов изрезанность заметно увеличивается особенно при горизонтальной поляризации на верхней частоте (fв) диапазона примерно на 1 дБ.
Сравнение минимальной изрезанности диаграммы направленности антенны с образцами нового радиопоглощающего покрытия и радиопоглощающего покрытия ПМ-3,2 показали, что РПП ПМ-3,2 увеличивает минимальную изрезанность диаграммы направленности на 0,1÷0,47 дБ, при этом ее максимальная величина составляет 0,59 дБ. Кроме того, во всем диапазоне частот возрастает поляризационный разбег ширины диаграммы направленности и на верхних частотах нарушается монотонность в пределах главного лепестка (см. фиг.2).
Далее были проведены следующие типовые испытания антенн:
1. Проверка радиотехнических характеристик антенн в нормальных условиях на соответствие ТУ на изделие.
2. Испытание на воздействие циклического изменения температур при температуре - 60°С - 2 ч, +85°С - 2 ч, всего 10 циклов.
3. Испытание на устойчивость при воздействии случайной вибрации на диапазоне частот 5 - 2000 Гц со средним значением суммарного ускорения 12,5 g.
4. Испытание на вибропрочность и виброустойчивость в диапазоне частот 5 - 2000 Гц с продолжительностью испытаний по 3 мин (вибропрочность) и по 9 ч (виброустойчивость) оси x, y, z.
5. Испытание на воздействие повышенной влажности 96 - 100% при температуре +35-55°С в течение 10 суток.
6. Испытание на воздействие повышенной температуры +85°С - 2 ч, +120°С - 3 мин.
7. Испытание на воздействие пониженной температуры - 60°С - 2 ч.
После каждого вида испытаний производилась проверка радиотехнических характеристик антенн.
Как видно из приведенных результатов испытаний, предполагаемое изобретение позволило обеспечить работоспособность антенн в заданных условиях эксплуатации, а также технологичность и идентичность изготовления, что подтверждено эксплуатационной стабильностью антенн.
Таким образом, как это подтверждается результатами экспериментов и испытаний, была решена поставленная задача и достигнут требуемый технический результат изобретения, а именно получено прочное однослойное радиологлощающее покрытие для антенн наряду с технологичностью изготовления.